Neuerungen aus einigen Gebieten der Starkstromtechnik. Von Regierungsrat Dr. K. Kahle, Charlottenburg. (Fortsetzung von S. 72 d. Bd.) Neuerungen aus einigen Gebieten der Starkstromtechnik. III. Elektrische Beleuchtung. Metallglühlampen. Es ist zu verwundern, daß in einer Zeit, wo auf allen Gebieten der Elektrotechnik die größten Fortschritte gemacht sind und einschneidende Veränderungen vor sich gingen, die Kohleglühlampe das einzige Mittel für die elektrische Beleuchtung bewohnter Räume blieb. Erst in den letzten Jahren vollzog sich hier eine Veränderung durch Einführung der Nernst-Lampe und durch Wiedereinführung der Metallglühlampen, die der Kohleglühlampe vorangegangen, aber ganz in Vergessenheit geraten waren. Der Grund für diese eigenartige Erscheinung liegt wohl darin, daß es Edison seinerzeit nur mit der Kohlenglühlampe gelungen war, das große Problem der Teilung des Lichts zu lösen, und daß die Kenntnis der Eigenschaften der hochschmelzbaren Metalle noch nicht soweit vorgeschritten war, um aus ihnen die brauchbarsten auszuwählen. Erst in neuerer Zeit gelang es, eine Reihe seltenerer Metalle rein herzustellen, ihre Schmelzpunkte mit den verfeinerten Methoden zur Messung hoher Temperaturen einwandfrei zu bestimmen und vor allem Verfahren zu finden, um sie in die für Glühfäden geeignete Form zu bringen. Gerade dieser letzte Punkt ist von wesentlicher Bedeutung. Die Teilung des Lichts erfordert kleine Lichteinheiten, die wirtschaftliche Verteilung der Energie hohe Spannungen und damit sehr feine Glühfäden von hohem Widerstände. Lange Zeit war die 16-kerzige Glühlampe von etwa 50 Watt Energieverbrauch bei 110 Volt die übliche Type der Kohlenfadenlampe, in letzter Zeit ist es gelungen, Kohlefäden von solcher Feinheit herzustellen, daß man mit der Betriebsspannung auf 220 Volt hinaufgehen und damit die Wirtschaftlichkeit der Energieverteilung in etwa gleichem Maße steigern konnte. Diesen Verhältnissen haben die Metallglühlampen sich anzupassen, denn sie müssen in den vorhandenen Verteilungsnetzen verwendet werden; hätten sie nicht die Kohlelampe als Vorgängerin gehabt, so hätten sie sich ihre eigenen Lebensbedingungen schaffen können. Man will ihre Vorteile hinsichtlich der Energieausnutzung verwerten und gleichzeitig die bei der Kohlelampe mögliche wirtschaftliche Energiezuführung beibehalten, und steht damit vor der schwierigen Aufgabe verhältnismäßig kurze Metallfäden von wenigstens 1000 Ohm Widerstand herzustellen. SwinburneJorn. Inst. El. Eng. Bd. 38 (1907), S. 211. hat kürzlich vor der Institution of Electrical Engineers in London einen interessanten Vortrag gehalten, in dem er diese Schwierigkeiten beleuchtet und zusammenfaßt, was bisher erreicht ist. Die folgenden Ausführungen sind zum Teil hierauf gestützt. Die Ueberlegenheit der Metallfadenlampen beruht darauf, daß gewisse Metalle auf höhere Temperatur als Kohle gebracht werden können und daher imstande sind, einen größeren Teil der zu ihrer Erhitzung aufgewandten Energie in Licht umzusetzen, da ja bekanntlich mit der Temperatursteigerung eine Verschiebung der Strahlung nach den kürzeren Wellen, also eine Erhöhung der Lichtstrahlung auf Kosten der Wärmestrahlung verbunden ist. Der Erhitzung der Kohle ist durch ihre Zerstäubung eine Grenze gesetzt, die eine Erhöhung der Temperatur über etwa 1700° C nicht zuläßt und zu der bekannten Schwärzung der Glühlampenbirnen Veranlassung gibt. Auch bei den Metallen tritt diese Zerstäubung ein und bildet einen wichtigen Gesichtspunkt bei ihrer Auswahl, die im übrigen in erster Linie durch den Schmelzpunkt bestimmt wird. Zieht man nur solche Metalle in Betracht, deren Schmelzpunkt über 2000° liegt, so kommt nur Titan, Tantal, Wolfram, Osmium und Iridium in Frage. Unter diesen sind wieder diejenigen Metalle auszusuchen, die die Herstellung eines Fadens von dem erforderlichen hohen Widerstand ermöglichen. Bisher ist dies nur für Tantal, Osmium und Wolfram gelungen. Für die Herstellung des Fadens kommen im wesentlichen folgende drei Methoden in Betracht; 1. Die Metalldrähte werden in der üblichen Weise im Zieheisen zu feinen Fäden ausgezogen. Dieses Verfahren hat bisher nur bei der Herstellung der Tantalfäden Anwendung gefunden, die übrigen Metalle sind derart spröde und nur in Pulverform herstellbar, daß sie sich auf diesem Wege nicht zu Fäden formen lassen. Auch Tantal galt bisher als ein völlig spröderD. p. J. 1906, Bd. 321, S. 45. und unbearbeitbarer Stoff. Siemens & Halske ist es aber gelungen, es völlig von Kohleverunreinigungen zu befreien und ihm dadurch die zum Ziehen erforderliche Dehnbarkeit zu verleihen.D. p. J. 1905, Bd. 320, S. 251. 2. Zunächst wird ein feiner Träger in der Form des Metallfadens hergestellt, auf diesem durch Elektrolyse oder auf chemischem Wege das betreffende Metall niedergeschlagen und schließlich der Träger durch Erhitzung oder Verbrennung entfernt. Dieser Weg ist von Auer in seinen ersten Patentschriften, die sich auf die Osmiumlampe beziehen, beschrieben, aber anscheinend nicht in der Praxis beschritten worden. 3. Der Metallfaden wird aus einem die nötigen Bestandteile enthaltenden gespritzten Faden hergestellt in ähnlicher Weise, wie der Kohlefaden aus dem gespritzten Zellulosefaden. Hierzu ist zunächst eine Paste erforderlich, die das betreffende Metall entweder als solches oder als leicht reduzierbare Verbindung in fein verteiltem Zustande enthält In der Regel wir$ das Metall oder die Verbindung in feinster Pulverform mit einem organischen Bindemittel zu einem gleichmäßigen Brei angerührt, aus dem dann der Faden gespritzt, getrocknet und weiter durch chemische Behandlung zum Metallfaden umgewandelt wird. Dies Verfahren wird zur Herstellung der Osmium- und Wolframfäden benutzt, hat aber den Nachteil, daß ein Teil des Metalls sich mit der Kohle zu Karbid vereinigt, wodurch der Schmelzpunkt des Fadens erniedrigt wird. Auf geniale Weise hat Kuzel diese Schwierigkeit umgangen, der nicht eine Paste auf mechanischem Wege, sondern eine kolloidale Lösung des betreffenden Metalls herstellt, indem er aus ihm Elektroden bildet und zwischen diesen unter Wasser einen Lichtbogen übertreten läßt. Dabei geht das Metall in Lösung, und der aus dieser Lösung gespritzte Faden wird nach dem Trocknen stromleitend und nimmt beim Stromdurchgang krystallinisches Gefüge an. Mit keinem dieser Verfahren ist man aber bisher imstande gewesen, einen Glühfaden herzustellen, der die nötige Feinheit besitzt, um bei der für Kohlelampen üblichen Spannung den hohen Wirkungsgrad der Metallfäden unter Einhaltung der für Kohlefäden üblichen Länge auszunutzen. Die sämtlichen Metallfäden für Spannungen von 110 Volt haben 4–5 mal größere Fadenlänge als die entsprechenden Kohlefäden und sind an geeigneten Trägern hin- und hergeführt, was besonders bei den spröden Metallfäden große Schwierigkeiten bereitet. Fig. 43 stellt z.B. eine 32 kerzige Osram-Lampe für 110 Volt dar, wie sie zurzeit von der Deutschen Gasglühlicht-Aktiengesellschaft (Auergesellschaft) in Handel gebracht wird. Dem Namen nach scheint der Faden aus einer Legierung von Osmium und Wolfram zu bestehen, Swinburne glaubt, daß er zum größten Teile Wolfram enthalte. Textabbildung Bd. 323, S. 152 Fig. 43. Textabbildung Bd. 323, S. 152 Fig. 44. Die Einfügung der einzelnen Drahtschleifen in die Glasglocke geschieht nach den durch Patent 187084 Fig. 43. der Kl. 21 f geschützten Verfahren, das hier an Fig. 44 erläutert werden möge. Der Fuß der Glasbirne a trägt den Glasstab b, an dem die zur Führung des bügelförmigen Leuchtkörpers c, d, e dienenden Schleifen f befestigt sind. Die Bügel c und e sind mit dem einen Ende an die Zuleitungsdrähte g und h angeschlossen, mit dem anderen Ende sind sie über die am Träger b befestigten Drahtstücke i, k mit dem Bügel d in Reihe geschaltet. Die Befestigung der drei Bügel an den Verbindungsstücken geschieht nun in der Weise, daß zunächst jeder Bügel mit dem einen Schenkel durch eine der Schleifen f geführt wird. Die aus Thoriumoxyd bestehenden Schleifen f sind durch biegsame Drahtstücke mit dem Träger b verbunden. Ihre Fläche liegt zunächst senkrecht, also parallel zu den Bügelflächen. In dieser Lage kann der Draht leicht in die Schleife eingeführt werden, die hierauf in die wagerechte Lage gedreht wird. Nun wird der nicht durch die Schleife geführte Schenkel des Bügels an der entsprechenden Zuführung befestigt und hierauf der andere Schenkel durch Biegen der Schleife in die Nähe der anderen Zuführung gebracht und dann ebenfalls befestigt. Auf diese Weise ist es möglich die spröden Bügel, ohne sie zu zerbrechen, an den Zuführungen zu befestigen. Ein anderes Verfahren der gleichen Gesellschaft behandelt Patent 184731 der Kl. 21 f und soll an den Fig. 45 u. 46 erläutert werden. Der Fuß f der Lampe besitzt hier die üblichen Zuführungen h und außerdem ein Häkchen i (Fig. 46). Der Metallfaden wird als ganzes zunächst zu einem Bügel k gebogen und mit seinen Enden an den Zuführungen h befestigt. Zur Bildung eines Doppelbügels, der es ermöglicht, das Ganze in eine Birne gewöhnlicher Form einzubringen, ist nun der Bogen des Bügels, wie die gestrichelte Linie zeigt, in das Häkchen i einzubringen. Dies läßt sich aber nur ausführen, wenn der Faden durch Strom erhitzt und weich gemacht ist. Hierzu wird der Fuß f mit den Leitungen g an dem Gestell b befestigt und nun von unten in ein Gefäß a (Fig. 45) eingeführt, in das von oben ein indifferentes Gas eingeleitet wird, das ein Verbrennen des erhitzten Fadens verhindert. Man kann nun mittels einer isolierenden Gabel den unteren Teil der Bügel hoch heben, auf das Häkchen i legen und hier befestigen. Dies Verfahren läßt sich natürlich mehrfach wiederholen, um eine einfache, etwa vier Bügel enthaltende Lampe zu erhalten. Textabbildung Bd. 323, S. 153 Fig. 45. Textabbildung Bd. 323, S. 153 Fig. 46. Wir beschließen hiermit die Ausführungen über die Metallfadenlampen und wenden uns nun einem anderen Gebiete der Beleuchtungstechnik zu, das heute im Vordergrund des Interesses steht, nämlich den Quecksilberdampflampen. Quecksilberdampflampen. Diese ursprünglich deutsche, bekanntlich von Arons angegebene Erfindung, ist in Amerika durch C. P. Hewitts. D. p. J. 1904, Bd. 319, S. 223 und 766. in den ersten Jahren dieses Jahrzehnts zu neuem Leben erweckt und hat neuerdings auch bei uns Verbreitung gefunden. Die von Hewitt angegebenen Lampen besitzen ein im wesentlichen wagerechtes Leuchtrohr, in dem die Zündung wie bei der alten Aronsschen Lampe durch Neigung des Rohres bewirkt wird. Später wurden von Steinmetz Lampen mit senkrechtem Leuchtrohr eingeführt, die in Deutschland durch die Allgemeine Elektrizitäts-Gesellschaft Eingang gefunden haben. Textabbildung Bd. 323, S. 153 Fig. 47.Quecksilberlampe von Steinmetz. Die wesentlichen Teile dieser Lampe, unter denen besonders die Zündvorrichtung bemerkenswert ist, sind aus Fig. 47 zu ersehen. Das Leuchtrohr C ist oben mit einer Erweiterung, der sogen. Kühlkammer, und unten mit einer Verlängerung zur Aufnahme der Zündvorrichtung versehen. Im unteren Teile des Rohres befindet sich das die Kathode bildende Quecksilber; die in der Kühlkammer angebrachte Anode A besteht, wie üblich, aus einem nicht verdampfenden Stoffe, wie Graphit, Eisen oder Siliciumkarbid. Das Rohr ist bis auf einige hundertstel Millimeter Druck evakuirt und gestattet nur dann das Zustandekommen eines Lichtbogens, wenn es mit ionisierten Quecksilberdampf erfüllt ist. An sich leitet der Quecksilberdampf, wie jedes andere Gas, nicht, er muß erst durch eine besondere Wirkung beeinflußt, d.h. aus dem neutralen in den ionisierten Zustand versetzt werden. Dem elektrischen Funken wohnt bekanntlich diese ionisierende Kraft inne, und, wie bei anderen Gelegenheiten, z.B. bei Blitzschutzvorrichtungen, wird auch hiervon Gebrauch gemacht. Der Funken wird, je nach der Art der Lampe, in verschiedener Weise behufs Zündung von Quecksilberlampen erzeugt, z.B. durch Kippen der Röhre, durch Anwendung einer Ueberspannung oder durch Hilfselektroden. Bei der Steinmetzschen Lampe wird die Zündung durch einen von der Anode ausgehenden, das Leuchtrohr in seiner ganzen Länge durchsetzenden Kohlenfaden bewirkt, der in einen auf dem Quecksilber der Kathode schwimmenden, mit Quecksilber gefüllten Hohlkörper E aus Eisen taucht. Dieser wird bei Stromschluß durch ein ihn umgebendes, in Reihe mit der Lampe liegendes Solenoid in das Quecksilber der Kathode hineingezogen und bildet dabei zwischen diesem und dem in eine Spitze aus einem nicht verdampfenden Stoffe ausgehenden Kohlefaden einen Lichtbogen, der Quecksilber verdampfen läßt und gleichzeitig die erforderliche ionisierende Wirkung ausübt. Herrscht in der Röhre der richtige Luftdruck, so bildet sich sofort ein leitender Stromweg, der die Röhre zum Leuchten bringt und dem Kohlenfaden die Stomleitung fast völlig abnimmt. In der Lampe bildet sich in kurzer Zeit ein Gleichgewichtszustand aus. Sie enthält dann anscheinend dreierlei Art Quecksilberdampf, nämlich leitenden, leuchtenden und indifferenten, von denen der letztere sich am nächsten der Wandung befindet. Es kommt nun darauf an, ein richtiges Verhältnis zwischen den drei Dampfarten aufrecht zu erhalten, und hierzu dient die Kühlkammer. Sie ist so bemessen, daß bei normaler Spannung soviel Quecksilber kondensiert, wie zur Aufrechterhaltung des richtigen Verhältnisses der verschiedenen Dampfarten oder, was dasselbe besagt, des richtigen Dampfdruckes erforderlich ist. Wird die Spannung der Lampe übermäßig erhöht, so gewinnt der indifferente Dampf die Oberhand, drängt die leitenden und lichtgebenden Teile immer mehr nach der Mitte zusammen, so daß der Widerstand der Lampe steigt und die Lichtsäule immer dünner wird und schließlich verlöscht. Lampen dieser Art sind in Deutschland und in Amerika eingeführt und finden hauptsächlich im Freien aber auch in großen Räumen Anwendung, in denen an die Beleuchtung besondere Ansprüche nicht gestellt werden, so in Lagerhäusern, Vorratsräumen, Maschinenhäusern und dergl. Neuerdings sind sie auch in solche Fabrikräume eingeführt, wo feinere Arbeiten auszuführen sind, da bei dieser Beleuchtung die Augen wenig ermüden sollen. Ein großer Nachteil dieses Lampentypus ist aber die ungewöhnliche Form, die sich Räumen, wo auch dem Geschmack Rechnung zu tragen ist, nur schwer anpaßt und vor allem die Färbung des Lichtes, dessen bläulichen Ton man wohl schwächen, aber noch nicht beseitigen konnte. In dieser Beziehung bildet die von Küch angegebene und vor kurzem in den Handel gebrachte Quarzlampe der Firma W. C. HeraeusElektrot. Zeitschr. 1907, S. 932. einen wesentlichen Fortschritt. Er beruht darauf, daß man dem Quarz wesentlich höhere Temperaturen zumuten kann als dem Glase, wodurch die Möglichkeit gegeben ist, dem Quecksilberlichtbogen größere Energiemengen zuzuführen. Hierdurch erhält die Lampe wesentlich andere Eigenschaften. Während bisher der Spannungsabfall der Lichtsäule etwa 1 Volt für 1 cm betrug, erreicht er in der Heraeusschen Lampe 15 Volt für 1 cm. Hand in Hand damit geht eine erhebliche Steigerung des Dampfdrucks, der beim Betrieb der früheren Lampen etwa 2 mm beträgt, bei der Quarzlampe aber eine Atmosphäre übersteigt, und vor allem der Temperatur der Lichtsäule, die bei verhältnismäßig niedriger Beanspruchung schon 1700° erreicht, während sie früher nur 200–300° betrug. Der hochtemperierte Quecksilberlichtbogen strahlt aber ein Licht von wesentlich anderer spektraler Zusammensetzung aus, wie der bisher übliche Lichtbogen. Im hochtemperierten Lichtbogen wird die Temperaturstrahlung auf Kosten des Lumineszenzlichtes erhöht und gleichzeitig wandert das Maximum der Strahlung nach den kurzen Wellen, so daß das Licht statt des grünlich-blauen Tons einen gelblichweißen annimmt und eine ähnliche spektrale Zusammensetzung erhält wie das Tageslicht. Textabbildung Bd. 323, S. 154 Fig. 48.Brenner zur Quarzlampe der Quarzlampen-Gesellschaft. Fig. 48 zeigt einen Brenner der Quarzlampe für 3,5 Amp. bei 220 Volt in einem Drittel der natürlichen Größe. Das Leuchtrohr von 15 cm Länge und 1 ½ cm Durchm. trägt an seinen Enden zwei röhrenförmige Polgefäße, deren Längsrichtung senkrecht zu der des Leuchtrohres verläuft. In beiden Polgefäßen befindet sich Quecksilber. Zur Abführung der dort erzeugten Wärme sind die Polgefäße mit fächerförmig ausgebildeten Metallkühlern versehen, deren Kühlfläche die der Lampe zuführbare Stromstärke bestimmt. Die Lampe erinnert in ihrer ganzen Ausführung an die ursprüngliche Aronssche Quecksilberlampe und wird wie diese durch Kippen um eine zur Achse des Leuchtrohres wagerechte Achse gezündet. Hierzu ist ein im Nebenschluß zu den Klemmen der Lampe liegender Elektromagnet vorgesehen, der beim Einschalten des Stromes erregt und dann kurzgeschlossen wird, wenn beim Kippen ein Quecksilberfaden von dem einen zum anderen Polgefäß überströmt. Die Lampe kehrt dabei in die wagerechte Ruhelage zurück, der Quecksilberfaden zerreißt und bildet dabei einen Lichtbogen, der dem zurückfließenden Quecksilber in das Polgefäß folgt und somit das ganze Leuchtrohr erfüllt. Textabbildung Bd. 323, S. 154 Fig. 49.Quarzlampe. Das kurze Leuchtrohr läßt sich mit dem zugehörigen Vorschaltwiderstand bequem in eine Glocke der für Bogenlampen üblichen Form einbauen, und man erhält dann, wie Fig. 49 zeigt, eine Lampe, die in der äußeren Form völlig der üblichen Kohlenbogenlampe entspricht. Aber nicht nur im Aufbau, sondern auch in der Lichtfarbe weicht die Quarzlampe nicht wesentlich von dem bisher üblichen Bogenlicht ab. Dabei ist der Wirkungsgrad der Quarzlampe außerordentlich günstig; nach Messungen der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt liefert eine Quarzlampe bei 197 Volt an den Elektroden und bei 4,2 Amp. eine mittlere räumliche Lichtstärke von 3110 Kerzen, was einem Energieverbrauch von 0,27 Watt auf eine Kerze entspricht. Unter Einrechnung des Vorschaltwiderstandes und unter Berücksichtigung des über dem Leuchtrohr angebrachten Reflektors würde sich bei klarer Glasglocke für die untere Halbkugel immer noch ein mittlerer Wirkungsgrad von etwa ⅓ Watt für die Kerze ergeben, eine Leistung, welche die Quarzlampe der Bremer-Lampe, die heute unter den Bogenlampen die höchste Oekonomie aufweist, zum mindesten gleichwertig erscheinen läßt. Das Hauptanwendungsgebiet der Quarzlampe ist die Außenbeleuchtung. Wegen ihrer starken ultravioletten Strahlung eignet sie sich aber auch für medizinische und photographische Zwecke. (Schluß folgt.)