Articles

Pærens historie: tidlige dage til LED ‘ er

første del: tidlig udvikling

uden den teknologiske og forretningsmæssige flair for en mand – Thomas Edison – ville verden se meget anderledes ud i dag. Tilbage i det 19.århundrede var rejsen ind i lyset en skyggefuld rækkefølge af begivenheder.

sådan var lyspærens betydning – eller lampen, som det er kendt for ingeniører-at udtrykket er kommet ind i sproget som et synonym for opfindelsen. Alligevel var vejen til overherredømme en sjusket gadekamp domineret af en mand – Thomas Alva Edison – som for al sin visionære dygtighed og forretningssans ikke kunne have forudsagt, at et århundrede senere ville hans udvikling af en ide, der oplyste verden, blive gjort næsten forældet af fremkomsten af lysemitterende diodeteknologi.

i en af de pæneste vendinger af teknologisk skæbne havde den såkaldte ‘opfindelse’ af pæren aldrig et ‘lyspæremoment’. Som med så mange kritiske innovationer, der havde vidtrækkende virkninger i den kommercielle og kulturelle udvikling af menneskeheden, var pæren-eller mere specifikt her, den ‘glødelampe’ pære – produktet af en række uafhængige og trinvise gennembrud af ingeniører og forskere adskilt af både tid og geografi. Selvom det er den store amerikanske opfinder og iværksætter Edison, der traditionelt får laurbærene for at bringe pæren til verden, Smithsonian Institution kurator emeritus Bernard S Finn siger, at vi har forfinet en af vores vigtigste opdagelser lige siden tidlige mennesker lærte, at kontrolleret ild kunne producere såvel lys som varme.Edisons rolle i at bringe lys til den moderne verden var som udvikler af andre ingeniørers ideer, der gik foran ham i det 19.århundrede. “Det var Thomas Edison, der kom med en kommercielt bæredygtig løsning,” siger Finn. I 1879, på nytårsaften, tændte Edison sit laboratorium i Menlo Park – et display, der var synligt i mere end 20 miles-og æraen med elektrisk belysning blev bogstaveligt talt tændt. Edison forudsagde altid, at elektrisk lys ville blive “så billigt, at kun de rige vil brænde stearinlys”.

den reelle værdi af Edisons præstation var, at den markerede afslutningen på en foreløbig fase med at skabe lys fra elektricitet ved at etablere glødelampen som frontløberteknologi. I Edisons elektriske lys: Opfindelsens kunst, historikere Robert Friedel og Paul Israel citerer 22 opfindere af glødelamper foran Edison og alligevel placerer ham stadig fast i familiens hoved. Dette skyldes kombinationen af tre kritiske faktorer, som Edison fik ret samtidigt: glødematerialet, høje vakuumniveauer og høj modstand.

det var den sidste af disse tre, som Edison virkelig forstod bedre end sine forgængere. Med høj modstand ville varme (og derfor lys) opbygges i elementet i stedet for fødetrådene, der kommer fra eksterne elektriske generatorer. Efter at have testet hundredvis af materialer, siger Finn, “han slog sig ned på en tynd strimmel – eller filament – af kulstof”. Fordi kulfilamentet ville brænde, hvis det blev udsat for luft, skulle glasindkapslingen eller ‘pæren’ evakueres af en vakuumpumpe. Tidlige versioner af glødelampen (ordet kommer fra det latinske ‘glødelamper’, der betyder ‘glødende’) pære har et ‘tip’, der viser, hvor pumpen oprindeligt var tilsluttet. I 1881 var der et standardstik i den elektriske ende, hvor pæren nu kunne skrues i en stikkontakt og kunne tændes og slukkes.

det var ved at stå på skuldrene af dem, der gik foran ham, at Edison kunne se så langt ind i den elektriske lys fremtid. Han forfinede ubarmhjertigt nyskabelser fra andre forskere som Humphry Davy, James Lindsay, Moses g Farmer, Vilhelm e Saveyer, Joseph Svane og Heinrich g Larbel, hvis ideer var kommercielt upraktiske. Da han indså, at platin var for dyrt en vare til at blive brugt i elektrisk belysning, forfulgte han avenuen af et kulstofbelagt bambusfilament (anekdotisk havde han ideen om at bruge bambus fra at observere sin fiskestang, mens han var på en ekskursion for at se en formørkelse).

han kørte også og handlede og skaffede patenter fra andre ingeniører, mens han dannede strategiske alliancer, især med sin Britiske konkurrent, Joseph svane (som på mange måder var en spiller af lige stor betydning, hvis hus var det første, der blev tændt af en pære). Edison sikrede betydelig økonomisk støtte fra både Vanderbilt – familien – den rigeste i Amerika, efter at have tjent deres penge inden for skibsfart og jernbane-såvel som virksomhedsfinansiereren J. P. Morgan. Alligevel var det for det meste af ren visionær opfindsomhed, at manden med mere end tusind patenter til hans navn blev drivkraften bag belysning af det 20.århundrede.

del to: markedsdominans

i store dele af det 20.århundrede så det ud til, at glødelampen ikke havde nogen alvorlig udfordrer. Men med stigende pres for at forbedre energieffektiviteten, i de afsluttende årtier Skriften var på væggen.helt tilbage i 1835 demonstrerede den skotske opfinder James Lindsay sin tidlige version af constant electric light med påstanden om, at han ved hjælp af sådan teknologi var i stand til at “læse en bog i en afstand af halvanden fod”. Han kunne næppe have forventet, at den glødepære, som han havde bidraget så meget til, inden for et århundrede ville blive nat til dag. Det ville belyse vores liv, forlænge kontortiden og få fodboldstadioner til at lyse i mørket. Det ville give sikkerhed og belysning til offentlige bygninger og søgelygter til at styre krigstidens anti-fly våben. Veje ville blive tændt for at imødekomme den ubarmhjertige stigning i bilen, og natklare lufthavne ville revolutionere international fragt.

med begyndelsen af det 20.århundrede kom en hidtil uset mulighed for udviklere af den nyetablerede glødepære. Anvendelserne var ubegrænsede, lige fra de ekstremt beskedne (såsom cykellygter) til national infrastruktur (såsom vejbelysning). Feltet var åbent, og markedet blev snart oversvømmet med producenter i håb om at tjene penge på guldfeber i kunstig belysning.

men i julen 1924 blev husstandsnavne som Osram, Philips og General Electric nervøse. Dette skyldtes, at markedet, mens det blomstrede, blev uforudsigeligt. Efter at have set sit salg tumle fra 63 millioner enheder i 1922-23 med mere end halvdelen det følgende år, foreslog lederen af Osram, Vilhelm Meinhardt, at han mødtes med sine konkurrenter for at blive enige om handelsprincipper, der ville beskytte deres fremtid. Den 23. December 1924 samarbejdede den øverste messing i det globale glødelamper produktionssamfund for at danne Phoebus-kartellet for at etablere kvoter og territorier, dele viden og blive enige om standarder (såsom Edison-skruestikket).

alligevel var den skjulte dagsorden indtægtsbeskyttelse på et marked, hvor producenterne blev ofre for deres egen succes. Selv tilbage i det tredje årti af det 20.århundrede var fremstilling af pærer så avanceret, at enheder havde en driftstid på 2.500 timer, hvilket betyder, at det var år, før enheder skulle udskiftes. Et af de største (og alligevel mindre udsendte) resultater af ‘konventionen om udvikling og fremskridt inden for den internationale Glødelampeindustri’ var, at forventet levealder skulle tøjles til 1.000 timer. For at sikre, at virksomhederne overholdt de nye forældelsesregler, var de forpligtet til at sende deres produkter til uafhængig test i Sverige. Hvis produkterne viste uønsket levetid, stod producenterne over for store bøder.

På trods af kartellet, der bevidst stagnerer teknologisk udvikling, fik glødepæren trækkraft som en af tidens store innovationer. Ved udgangen af Første Verdenskrig, med omkostningerne ved elektricitet faldende, præsenterede det også et seriøst alternativ til gasbelysning.Edison havde ikke taget fejl, da han sagde, at kun de rige ville brænde stearinlys. Ifølge forskningsdata offentliggjort af Foucet og Pearson, omkostningerne ved kunstigt lys var faldet gennem århundrederne fra tusinder af pund pr.lumen time til brøkdele af en krone, da vi udviklede os fra brugen af håndlavede stearinlys til masseproducerede pærer. Dette fald i omkostninger førte til, at forbruget af kunstigt lys i det 20.århundrede var 100.000 gange mere end det var i det 18. århundrede.

energi og lys var så rigeligt, at markedet havde råd til og blev selvtilfredse. Den tungsten filament kunne absorbere hit fra emergent fluorescerende ‘strip-light’ teknologi, der dukkede op i fabrikker og kontorer. Omkostningerne ved at drive kunstigt lys var sådan, at der ikke var noget reelt pres for at ændre status indtil oliekrisen i midten af 1970 ‘ erne. dette udløste fremkomsten af den kompakte fluorescerende pære (CFL), som med energieffektivitet fem gange større end glødeteknologien gjorde det til en alvorlig udfordrer. Da Philips og Osram bragte dem på markedet i begyndelsen af 1980 ‘ erne, dukkede de første revner i glødende overherredømme op.

effektivitet blev hovedordet. Nye teknologier stod i kø for at være den næste store ting. Det utænkelige begyndte at ske: regeringerne vedtog lovgivning for at udfase glødelampen.

del tre: LED-revolutionen

med glødelampen nu effektivt en dinosaur og alle øjne på emergent LED-teknologi som en miljømæssig panacea, handler den næste evolutionære fase af belysning om effektivitet og lovgivning.

ifølge lyspæreproducenten Philips tegner belysning i dag 19 procent af verdens elforbrug globalt. I betragtning af at glødepærer effektivt spilder så meget som 95 procent af deres energiproducerende varme snarere end lys, er der et massivt potentiale for energibesparelse i en verden, hvor afhjælpning af efterspørgslen på ressourcer i stigende grad lovgives. Ser man på det amerikanske lyspæremarked i 2010-omkring det tidspunkt, hvor udfasningslovgivning af glødelamper blev udarbejdet over hele verden – blev der solgt otte Milliarder lamper, hvoraf halvdelen var glødelamper, med knap 10 procent LED ‘ er.

på det tidspunkt syntes forbrugerne at være uforberedte på LED-revolutionen på trods af forskning, der kom ud af University of Cambridge, og forudsagde potentielle energibesparelser for at skifte til LED ‘ er for at være “enorme”. Iterating base-line energibesparende tal, forskningsdokumentet med titlen ‘belysning for det 21.århundrede’, siger, at belysning i Storbritannien forbruger over en femtedel af al elektricitet produceret på kraftværker, og led ‘ er har potentiale til at reducere dette tal med mindst 50 procent. Statistikker fra det amerikanske energiministerium er enige og estimerer, at i 2025 kunne “solid state-belysning som led’ er reducere den globale mængde elektricitet, der bruges til belysning med 50 procent og kunne eliminere 258 millioner ton kulstofemission, lindre behovet for 133 nye kraftværker og resultere i kumulative økonomiske besparelser på over hundrede milliarder dollars”.

med universel enighed om, at der er massive energibesparelser, der skal opnås, ser verden ud til spontan ændring i, hvordan vi belyser den. Alligevel har den forudsagte markedsrevolution været langsom og tilbageholdende, hvilket har fået regeringerne til at træde ind for at fremskynde ændringen i vores fremstillings-og forbrugsmønstre. EU har gradvist forbudt forskellige glødelamper produkttyper i løbet af det sidste årti, med denne September ser udfasningen af halogen og kompakte lysstofrør (CFL ‘ er)-effektivt slutningen af glødelampen, som vi kender den.energibesparende tillid bruger mere målte toner og siger, at mens vi historisk set måske havde haft ” lidt bekymring “over det faktum, at” pærer kun var 10 procent effektive… en meget anden holdning til belysning er opstået i de sidste par år”. I sin hvidbog ‘The Right Light’ siger Trust, at denne nye holdning kun delvis er drevet af lovgivning med god vilje fra den “voksende offentlige forståelse af den rolle, god belysning kan spille i forbedringen af deres hjem”, der leverer resten af markedsskiftet.

virkeligheden er, at Industrielle og indenlandske først nu alvorligt begynder at gennemgå en trinændring, drevet af ønsket om at indfase energieffektive nye teknologier som led ‘ er på bekostning af glødelamper og nu også halogen og kompakte fluorescerende stoffer.

I dag er Storbritannien stadig medlem af Den Europæiske Union, og vi står over for, hvad medierne har valgt at beskrive som et ‘pæreforbud’, med de mere spændende dagblade, der rutinemæssigt rapporterer om (stort set ikke-eksisterende) offentlig oplagring af glødepærer som en beskyttelse mod en fremtid oplyst af lysdioder. Indsigelsen mod det er uklart, bortset fra en vag følelse af, at LED-belysning ikke er så ‘varm’ som glødelampe. Dette ‘pæreforbud’ er faktisk et sæt udkast til europæiske regler over effektivitet, der vil se fjernelse af tungsten halogen og CFL ‘ er som lyskilder inden 2020.

som en del af sin gennemgang af sine love om miljøvenligt design har EU offentliggjort nødvendigheden af, at udskiftningslyskilder har et minimumskrav til effektivitet på 85 lumen pr.vand og en maksimal standbyeffekt på 0,5 V. krav til miljøvenligt design er obligatoriske for alle standardpærer, lysstofrør og spotlights, der sælges i EU. Disse regler fastsætter krav til energieffektivitet og andre faktorer såsom pærens levetid, opvarmningstid og energimærkning. Ifølge EU, ” med energieffektiv belysning, kan husholdningernes elregninger falde med 25 kr.om året. Ved at erstatte en halogenlampe med en LED kan du spare op til 100 kr.i løbet af produktets levetid på omkring 20 år. Energieffektiv belysning kan spare nok energi til at drive 11 millioner husstande i et år og undgå emission af 12 millioner tons CO2 i Europa.”

alligevel er ikke alle lige så begejstrede for fordelene ved LED-udskiftningsteknologi eller kravene til miljøvenligt design, med underholdningsindustrien, der siger, at EU-direktivet vil lyde dødsstødet for dramatisk belysning. Administrerende direktør for det tyske scenebelysningsfirma GLP, Udo K, forudsiger”udryddelse for teatre, koncertsteder og andre dele af scenekunst, da ingen tungsten-inventar og mange LED-baserede underholdningsarmaturer ikke ser ud til at opfylde disse krav”.

for at beskytte den professionelle scenebelysningsindustri håber han at “lykkes med at overbevise Europa-Kommissionen om at ratificere en undtagelse for vores branche. Der er ingen tid at spilde. Vi er nødt til at fungere som en forenet industri for at forhindre, at disse forslag bliver nedfældet i loven”.

tidslinje

den lange vej til det 20.århundrede pære

1761
Ebeneser Kinnersley demonstrerer glødelampe fra en opvarmet ledning.
1802
Humphry Davy bruger et “batteri af enorm størrelse” til at skabe glødelampe ved at føre en elektrisk strøm gennem et platinfilament.
1835
James Lindsay demonstrerer konstant elektrisk lys, hvormed det var muligt at “læse en bog i en afstand af halvanden fod.”
1838
Marcellin Jobard opfinder en glødepære med en vakuumatmosfære ved hjælp af et kulfilament.
1840
De La Rue udtænker og omslutter et oprullet platinfilament i et vakuumrør. Udvikling skrinlagt på grund af omkostningerne ved platin.
1841
Frederick de Moleyns får det første patent på en glødelampe, et design, der bruger platinetråde indeholdt i en vakuumpære.
1845
John Starr erhverver patent på sin glødepære, der involverer brugen af carbonfilamenter.
1851
Jean Eugene Robert-Houdin demonstrerer offentligt glødepærer på sin ejendom i Blois, Frankrig.
1859
Moses G. Farmer bygger en glødepære med platinfilament. Thomas Edison køber Farmer ‘ s senere pære patent.
1872
russisk Aleksandr Lodygin opfinder en glødepære ved hjælp af nitrogen i glasindkapslingen og opnår et russisk patent i 1874.
1874
Canadisk patent indgives af Henry og Evans for en lampe bestående af kulstofstænger monteret i en nitrogenfyldt glascylinder. Patent senere solgt til Edison.
1878
Thomas Edison begynder seriøs forskning i at udvikle en praktisk glødelampe.
1879
Joseph Svane giver arbejder demonstration af hans carbon stang bue lampe. Mosley Street bliver den første motorvej i verden, der tændes af en glødepære.
1879
Edison arkiverer amerikansk patent på en elektrisk lampe ved hjælp af “en kulfilament eller strimmel, der er viklet og forbundet til platina-kontakttråde.”
1880
Oregon Railroad and Navigation Company steamer Columbia bliver den første ansøgning om Edison Kerrs glødelamper.
1881
Londons Savoy Theatre, oplyst af Svanens glødelamper, bliver den første elektrisk oplyste offentlige bygning i verden.
1882
Edison og Svanens virksomheder fusionerer til Edison og Svan United Electric Company og senere indarbejdet i Thorn Lighting.
1883
Heinrich Gobel hævder at have designet den første glødepære i 1854 med et tyndt karboniseret bambusfilament med høj modstand, platinindføringsledninger i en konvolut med alt glas og højt vakuum.
1883
US Patent Office bestemmer, at Edisons patenter er baseret på “kendt teknik” og derfor er ugyldige.
1889
Den amerikanske dommer bestemmer, at Edisons patent på “et glødetråd af kulstof med høj modstand” er gyldigt.
1896
Arturo Malignani patenter metode til masseproduktion af pærer. Patent købt af Edison i 1898.