Titel: | ENTWICKLUNGSGESCHICHTE UND HERSTELLUNG DER MODERNEN ELEKTRISCHEN LICHTQUELLEN. |
Autor: | A. Linker |
Fundstelle: | Band 327, Jahrgang 1912, S. 545 |
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ENTWICKLUNGSGESCHICHTE UND HERSTELLUNG DER
MODERNEN ELEKTRISCHEN LICHTQUELLEN.
Von Dr.-Ing. A. Linker.
LINKER: Entwicklungsgeschichte und Herstellung der modernen
elektrischen Lichtquellen.
Inhaltsübersicht.
Die geschichtliche Entwicklung der verschiedenen künstlichen
Lichtquellen wird eingehend geschildert. Dann wird die Herstellung der Leuchtfäden
der bisher verwendeten Glühlampen auseinandergesetzt. Daran schließen sich
experimentelle Untersuchungen über die Aenderung der Leuchtkraft mit der
Glühlampenspannung, die zur Aufstellung der sogen. Lampencharakteristiken führen.
Ihre Verwendung für die Leitungsberechnung wird erläutert. Zum Schluß werden
Untersuchungen über die Farbe des Lichts verschiedener Lampen und die Bestimmung der
relativen Helligkeit einzelner Strahlenarten angegeben.
––––––––––
Die Kenntnis von dem lichtspendenden Feuer ist bei den Menschen schon sehr alt und
spiegelt sich wieder in der Prometheussage der alten Griechen und im Vestakultus der
Römer. Auch bei den Medern, Persern, Assyrern und Aegyptern soll nach den
Darstellungen zeitgenössischer Schriftsteller in der Zeit höchster Entwicklung des
Volkes schon ein großer Luxus bei der Beleuchtung der Tempel, Paläste und Straßen
geherrscht haben. Wird es doch angegeben, daß man die Nächte vom Tage kaum habe
unterscheiden können, indem nämlich an den Straßen und Plätzen große, mit flüssigem
Fett gefüllte Vasen aufgestellt worden seien, deren Inhalt mit Hilfe eines dicken
Dochtes verbrannte.
Andere Lichtquellen bildeten später Kienenholzspäne, Harz-, Pech- und Wachsfackeln.
Hier liegen schon die Anfänge einer Trennung des Lichts vom wärmenden Feuer, die
jedoch erst bei der Oellampe des Altertums und der Stearinkerze des Mittelalters
mehr hervortritt. Auch diese beiden Beleuchtungsarten sind immer mehr vervollkommnet
worden, nicht zum mindesten dadurch, daß ihnen im Jahre 1792 ein scharfer Konkurrent
in Gestalt des Steinkohlengaslichts erstand. Wenn auch schon im Jahre 1809 der
englische Physiker Davy unter großen Schwierigkeiten und
mit erheblichen Kosten einen Lichtbogen von etwa 16 cm Länge zwischen Metallstiften
erzeugte, so erweckte erst das Erscheinen der Kohlenstiftbogenlampe 1845 neue
Hoffnungen in der Beleuchtungstechnik. 1878 zeigte Th. A. Edison durch die Erfindung der
elektrischen Glühlampe, wie man die Leuchtkraft in wirtschaftlicher Weise in
kleineren Einheiten über größere Flächen verteilen kann.
Schon glaubte man das Ende des Gaslichts gekommen zu sehen, da tauchte es in neuer
veränderter und verbesserter Form als „Auersches
Gasglühlicht“ in den 80 er Jahren zu gefährlichem Wettbewerb auf. Auch das
im Jahre 1895 erscheinende Azetylenlicht bereitete infolge seines sonnenähnlichen
Glanzes und billigen Preises dem elektrischen Glühlicht manche Schwierigkeiten und
behauptet sich noch an Stellen, die vermöge ihrer Eigenart und Lage Gas oder
Elektrizität nicht benutzen können, wie es z.B. bei einzelnen freistehenden
Gebäuden, Gutshäusern, Schaubuden und dergl. der Fall ist.
Diesen Errungenschaften auf Seiten der Gasbeleuchtung folgten nun nacheinander
verschiedene Neuerungen auf elektrischem Gebiet. So wurden neue Glühlampen erfunden,
und zwar: Das Nernst-Licht 1899, Osmium-Lampe 1900, Tantal-Lampe 1903, Osram-, Wolfram-, Zirkon-Lampen 1905. Daneben erschienen eine ganze Anzahl von Lampen mit
Glühfäden verschiedener Zusammensetzung, die alle unter dem Sammelnamen
„Metallfadenlampen“ in den Handel kamen. Da ihre Festigkeit jedoch noch
viel zu wünschen ließ und sie deswegen nicht überall Verwendung finden konnten, wo
man bisher Kohlenfadenlampen benutzt hatte, so war das Bestreben der Fabriken darauf
gerichtet, den Glühkörper zur Erhöhung der Elastizität aus einem gezogenen Draht
herzustellen. Das ist der Siemens & Halske A.-G., Berlin, im Jahre 1908 auch gelungen, indem
sie für ihre „Wotanlampen“, deren Faden ursprünglich aus Wolfram und Tantal
bestand, einen gezogenen Wolframdraht verwendete. Auf Grund von besonderen
Vereinbarungen und Verbesserungen haben dann auch die Deutsche
Gasglühlicht-A.-G., Berlin und die Allgem.
Elektrizitäts-Ges., Berlin, für ihre Lampen ebenfalls gezogene
Wolframdrähte eingeführt.
Gleichzeitig mit der Vervollkommnung der Glühlampen wurden auch Verbesserungen
an der von Arons 1892 erfundenen Quecksilberdampflampe
(AEG) durch Cooper Hewitt (Westinghouse) gemacht, die
1902 zur Herstellung praktisch brauchbarer Formen führten. Durch Verwendung
besonderer Glassorten erhielt man neue Formen, die unter den Namen Uviol- und Hageh-Lampe in den
Handel gebracht wurden. Die neueste und jedenfalls aussichtsreichste Konstruktion
scheint jedoch die Quarzlampe zu sein.
Auch das Bogenlicht erfuhr mannigfache Verbesserungen. Auf
die im Jahre 1879 durch die Gebr. Siemens & Co. in
Charlottenburg vorgenommene Erhöhung der Leuchtkraft durch Zusätze von Strontium-,
Calcium- und Baryumsalzen zu den Kohlen folgten die Bogenlampen der Körting und Matthießen A.-G.,
Leipzig, der Deutschen Gesellschaft für Bremerlicht in
Neheim (Ruhr), die Effektbogenlampen von Siemens &
Halske, die Becklampe, Reginalampe u.a.m.
Bevor wir nun zu den einzelnen Lichtquellen übergehen, wollen wir uns zuerst mit dem
Wesen der Lichterzeugung beschäftigen.
Es gibt Körper, die schon bei relativ niedriger Temperatur leuchten und solche, die
erst bei starker Erhitzung Lichtstrahlen aussenden. Zur ersten Gruppe könnte man die
sogen. kalten Flammen, das Fluoreszenz- und Lumineszenzlicht rechnen, die zweite
Gruppe würde man dann nach Helmholtz als „Temperaturstrahler“ bezeichnen.
Typische Repräsentanten des kalten Lichts sind die Leuchtkäfer und Irrlichter,
sowie das besonders in südlichen Meeren vorkommende Meeresleuchten, eine Erscheinung, die von dem matten Licht unzähliger
Meeresinfusorien herrührt. Die Entstehung dieses Lichts ist bisher noch eben so
wenig aufgeklärt, wie das Leuchten faulenden Holzes und der sogen. Geißlerschen Röhren. Dieses
sind stark luftverdünnte Röhren mit eingeschmolzenen Platindrähten als
Stromzuleitungen. Schließt man sie an einen Induktionsapparat an, der Wechselströme
hoher Spannung erzeugt, so leuchtet das darin befindliche Luftgemisch mit
blauviolettem Licht. MacFarlan Moore hat die Röhren mit
Stickstoff gefüllt und erhält dadurch eine dem Tageslicht ähnliche Beleuchtung.
Treffen die Strahlen der Geißlerschen Röhren auf
Uranglas, Quarzkristalle, so bringen sie dieselben zum Fluoreszenzleuchten in
verschiedenen Farben.
Verwendet man dagegen Wechselströme sehr großer Schwingungszahl und hoher Spannung,
sogen. elektrische Schwingungen, wie sie Nicola Tesla
zuerst in großem Maßstabe erzeugt hat, so kann man schon durch das Hineinbringen
luftleer gemachter Glasröhren in den von diesen Strömen beeinflußten Raum das Innere
der Röhren zum Leuchten bringen. Hierbei wird fast die ganze elektrische Energie in
Lichtstrahlung umgeformt. Vergleicht man damit die Ausnutzung der Energie in einer
Glühlampe, so kommt man zu dem Resultat, daß die Lumineszenzlampe Teslas für 1 Watt elektrischen Verbrauch etwa 25000 HK
abgeben würde. Bei demselben Verbrauch wie die Hefner-Lampe würde sie etwa 2000 HK liefern.
Das Ideal der künstlichen Beleuchtung wäre damit erreicht, doch dürfte noch wegen der
technischen Schwierigkeiten eine geraume Zeit verstreichen, ehe man praktisch
brauchbare Lampen dieser Art wird herstellen können, so daß die Lumineszenzlampe, um
mit Tesla zu sprechen, noch lange das Licht der
„Zukunft“ bleiben wird.
Bei der zweiten Art der Lichtquellen, welche man als
„Temperaturstrahler“ bezeichnet, ist die Lichtentwicklung und
Ausstrahlung eine Folge der starken Erhitzung fester Körper. Als Nebenprodukt
erscheint dabei eine bisweilen nicht unbeträchtliche Wärmemenge, die nicht nur
überflüssig ist, sondern außerdem das Licht stark verteuert.
Nach Angaben von Lummer und Wedding beträgt das Verhältnis der als Licht auftretenden zu der gesamten
verbrauchten Energie oder der sogen. Wirkungsgrad etwa
0,25
bis
1,5
v. H.
bei
Gaslicht,
1,2
„
1,5
„
„
Petroleum,
4,7
„
6,3
„
„
elektr. Kohlenfadenlampen,
12
„
13
„
„
Nernstlicht,
19
„
40
„
„
Bogenlicht.
Betrachtet man die hierbei auftretenden Temperaturen, so zeigt es sich, daß Gas und
Petroleum die niedrigste Temperatur (1700° C abs.), Bogenlampen die höchste (4000°
C) besitzen. Daraus kann man den Schluß ziehen, daß ein Licht der zweiten Gruppe um
so billiger sein wird, je höher die dabei verwendete Temperatur ist.
Messungen von Lummer und Kurlbaum haben ergeben, daß die Leuchtkraft unter gewissen Bedingungen
(absolut schwarzer Körper) sich etwa mit der zwölften Potenz der Temperatur ändert.
Die Leuchtkraft glühender Körper ist außerdem noch von dem Lichtemissionsvermögen
der Körper, d.h. dem Verhältnis der sichtbaren zur unsichtbaren Strahlung, abhängig,
wie wir es später beim Auer-Licht und den
Flammenbogenlampen sehen werden.
Die Entstehung hoher Temperaturen ist eine Folge der Verbrennung von Wasserstoff oder
Kohlenstoff in reiner Form oder deren Verbindungen. Diese Umwandlung bezeichnet man
als Oxydation. Wir erkennen daraus, daß Stoffe, die keine Neigung zum Sauerstoff
mehr besitzen, wie Calciumoxyd, Magnesiumoxyd und die Oxyde der seltenen Erden
Thorium, Cerium, Lanthan, Zirkonium, womit die Gasglühstrümpfe getränkt werden,
nicht verbrennen können. Die Produkte der Verbrennung anderer Körper sind
Wasserdampf, Kohlensäure oder Kohlenoxyd. Da diese nicht leuchten, so kann eine
Flamme mit solchen Verbrennungsprodukten kein Licht abgeben.
Bei allen frei brennenden Flammen, die als Brennstoff Oel, Stearin, Paraffin, Wachs,
Talg, Fett, Petroleum oder andere Kohlenwasserstoffe von flüssiger oder gasförmiger
Beschaffenheit brauchen, gibt der auf die Entzündungstemperatur erwärmte Wasserstoff
die Glühhitze, der
dadurch stark erhitzte Kohlenstoff die Helligkeit der Flamme. Ohne das Vorhandensein
unverbrannter Teilchen kann eine Flamme nicht leuchten. Zur Bestätigung dieser
Tatsache braucht man nur einen Bunsenbrenner ohne und mit starker Luftzufuhr brennen
zu lassen. Läßt man nämlich das Gas, wie es aus der Leitung strömt, frei in der Luft
verbrennen, so zersetzt es sich infolge der Wärme in Wasserstoff und Kohlenstoff. In
der Hitze des verbrennenden Wasserstoffes kommen nun die Kohlenstoffteilchen zum
Glühen und oxydieren allmählich zu Kohlensäure am äußeren Rand der Flamme, wo sie
mit dem Sauerstoff der Luft in Berührung tritt. Wird dagegen der Kohlenstoff durch
starke Zufuhr von Sauerstoff oder Luft zu einem Brenner schon in der Flamme zu
Kohlensäure verbrannt, so erscheint jetzt die Flamme des Bunsenbrenners
nichtleuchtend und erzeugt eine stärkere Hitze, weil sie nicht mehr den Kohlenstoff
als Ballast zu erwärmen hat.
Hält man nun ein Platinblech in die Flamme, so wird dieses infolge der Erhitzung
glühen und Licht ausstrahlen. Eine noch größere Helligkeit erhält man durch
Einführen von Körpern in die Flamme, welche als Oxyde nicht mehr verbrennen, z.B.
Kreide, Magnesia, Zirkonium-, Thorium-, Ceriumoxyd. Eine Anwendung dieses Verhaltens
der Oxyde bildet das sogen. Drummondsche Kalklicht und
die Benutzung der mit den seltenen Erden getränkten Glühstrümpfe zur Erzeugung des
Gasglühlichts.
(Fortsetzung folgt.)