Online-Bibliothek

Beleuchtung

[138] Beleuchtung (lighting; éclairage; illuminazione), die Zuführung von natürlichem oder künstlichem Licht.

I. Allgemeines. A. Beleuchtungsmethoden. Die Beleuchtung mit natürlichem Lichte erfolgt entweder durch direktes Einfallen der Sonnenstrahlen oder des diffusen Tageslichtes, oder indirekt, durch Zurückwerfen der Strahlen mittels Reflektoren, wie Spiegel, Weißblech, weiße Leinwand, Luxferprismen u.s.w. Die künstliche B, beruht auf der Erzeugung einer leuchtenden Flamme, der Einführung eines Glühkörpers in eine nichtleuchtende Flamme und der Umwandlung von elektrischer Energie in Licht. Bei der zweiten Art wird ein Glühkörper durch eine nichtleuchtende Flamme so stark erhitzt, daß er intensives Licht ausstrahlt. Bei der Umwandlung von elektrischer Energie in Licht wird durch den elektrischen Strom ein verkohlter Zellulose- oder ein Metallfaden (Wolfram, Osmium, Tantal) im Vakuum, oder ein Stäbchen aus einem Gemisch von Kalzium- und Magnesiumoxyd bis zur Weißglut erhitzt (Kohlenfadenglühlampe, Metallfadenglühlampe, Nernstlampe), endlich durch Bildung eines elektrischen Lichtbogens zwischen den Spitzen zweier Kohlenstäbe[138] oder zwischen Quecksilberelektroden (Bogenlampe, Quecksilberdampflampe).

B. Lichteinheiten. Als zweckmäßige Lichteinheit dient in Deutschland. und Österreich-Ungarn die horizontale Lichtstärke der Hefnerlampe und wird Hefnereinheit oder Hefnerkerze genannt.

Die Hefnerlampe enthält eine Dochtröhre aus Neusilber von 8 mm innerem und 8∙3 mm äußerem Durchmesser mit massivem Docht. Die Füllung ist Amylazetat (C₇H₁₄O₂). Die Flammenhöhe beträgt vom Rande der Dochtröhre bis zur Spitze 40 mm. Die Flamme soll in reiner und ruhiger Luft brennen. Die Messungen sind erst 10 Minuten nach der Entzündung der Flamme zu beginnen.

Außer der Hefnereinheit sind noch in Gebrauch: in Frankreich die Carcellampe, in England die Spermazetikerze (candle power, abgekürzt c. p.), ferner Harcourts Pentanlampe und die 10-Kerzen-Pentanlampe.

Die Carcellampe ist eine Runddochtlampe; der Durchmesser des Dochtes ist 30 mm, die Flammenhöhe 40 mm; sie verbraucht 42 g gereinigtes Rüböl in der Stunde.

Die Spermazetikerze ist eine Walratkerze mit einer Flammenhöhe von 44∙5 mm; sie verbraucht 7∙77 g in der Stunde.

Harcourts Pentanlampe wird mit Pentan gespeist, das, durch einen Docht emporgeführt, durch die Eigenwärme der Lampe verdampft und am oberen Rande eines Rohres verbrannt wird. Pentan wird aus amerikanischem Petroleum durch Destillation bei 50° erhalten.

Die internationale Lichtmeßkommission hat im Jahre 1907 folgende Verhältniszahlen für die vorstehenden hauptsächlich gebräuchlichen Lichteinheiten als maßgebend angenommen:

Die Lichtausstrahlung einer Lichtquelle nach einer bestimmten Richtung wird nach einer der beschriebenen Lichteinheiten gemessen.

Die von einer Lichtquelle nach allen Richtungen im Räume ausgestrahlte Lichtmenge heißt der Lichtstrom. Die Einheit des Lichtstromes ist jener Strom, der in einem Körperwinkel von der Größe 1 von einer punktförmigen Lichtquelle von der Lichtstärke einer Hefnerkerze hervorgerufen wird und heißt Lumen.

Die Flächenhelligkeit (Glanz) einer Lichtquelle ist das Verhältnis der Lichtstärke zur leuchtenden Oberfläche, und die Einheit der Flächenhelligkeit ist vorhanden, wenn 1 cm² der leuchtenden Oberfläche die Lichtstärke einer Hefnereinheit besitzt. Die Flächenhelligkeit beträgt bei:

Dem Auge direkt ausgesetzte Lichtquellen dürfen aus physiologischen Gründen einen Glanz von nur etwa 0∙75 HK/cm² haben. Lichtquellen mit größerem Glanz sind entweder durch zerstreuende Gläser abzublenden oder so anzuordnen, daß sie dem Gesichtsfelde normalerweise entrückt sind.

Die B. einer Fläche durch eine Lichtquelle wird ausgedrückt durch das Verhältnis der Lichtstärke zum senkrechten Abstände der beleuchteten Fläche.

Wird eine Fläche im senkrechten Abstände von 1 m von einer Lichtquelle mit der Stärke einer Hefnereinheit beleuchtet, so empfängt diese Fläche die Einheit der B., die Lux oder Meterkerze genannt wird.

Die senkrecht auf eine Fläche auffallenden Strahlen des Vollmondlichtes liefern bei klarer Luft 0∙26 Lux.

C. Lichtausstrahlung verschiedener Lichtquellen. Die Lichtausstrahlung der verschiedenen Lichtquellen nach allen Richtungen des Raumes hängt von der Bauart der Lampe und von der Form des leuchtenden Teiles der Lampe ab. Eine aufrecht stehende Lampe wird nach abwärts kein Licht werfen können, weil der Ständer der Lampe die Lichtausstrahlung nach dieser Richtung verhindert. Während eine frei schwebende kugelförmige Lichtquelle nach allen Richtungen gleichmäßig ihr Licht ausstrahlt, ist die Lichtausstrahlung einer zylindrisch geformten Lichtquelle in senkrechter Richtung auf ihre Längsachse am größten und in der Achsenrichtung am kleinsten.

Will man zwei gleichartige Lichtquellen miteinander vergleichen, so muß man ihre Lichtausstrahlung entweder nach gleichen Richtungen bestimmen, oder untersuchen, wie sich die gesamten räumlichen Lichtausstrahlungen der beiden Lichtquellen zueinander verhalten.

Im letzteren Falle mißt man die Lichtstärke in möglichst vielen Richtungen des Raumes und zieht hieraus ein Mittel, das dann die mittlere räumliche Lichtstärke angibt, d.i. jene Lichtstärke, welche die Lichtquelle besitzen würde, wenn sie zwar die gleiche gesamte Lichtmenge, dabei aber nach allen Richtungen eine gleich große Lichtstärke ausstrahlen würde.

D. Lichtstärke, Material- und Energieverbrauch der Lichtquellen. Für die[139] Lichtstärke einer Lampe ist auch der Material- (Energie-) Verbrauch maßgebend. Je mehr Material oder Energie eine Lampe in der Zeiteinheit verbraucht, desto mehr Energie gibt sie in Form von Licht und Wärme ab. Eine Lichtquelle wird um so ökonomischer, je mehr des verbrauchten Materiales oder der aufgewendeten Energie in Licht umgesetzt wird und je weniger sie dabei Wärme entwickelt.

In dieser Beziehung ist das Verhalten der gebräuchlichen Lichtquellen ein sehr verschiedenes. Während gewöhnliche Bogenlampen für die HK 57–158 Kalorien erzeugen, liefert ein Petroleumflachbrenner 7200, eine Paraffinkerze 9200 und eine Talgkerze nahezu 10.000 Kalorien für die HK.

In nachstehenden Tabellen I–III sind für verschiedene Lampengattungen die Lichtstärken, der spezifische Material- (Energie-) Verbrauch (für die HK und Stunde) und der gesamte Material- (Energie-) Verbrauch (für die Lampe und Stunde) angegeben.

E. Beleuchtungseffekt. Wie aus dem Vorhergehenden, (Punkt 2) hervorgeht, ist für den Effekt der B. nicht allein die Lichtintensität der Lichtquelle, sondern auch der Abstand der Lichtquelle von der zu beleuchtenden Fläche und der Winkel, unter dem die Lichtstrahlen diese Fläche treffen, maßgebend. Als Einheit für die B. wurde das Lux (Meterkerze) angenommen. Die B. E ist direkt proportional der Intensität J der Lichtquelle und dem Sinus des Einfallswinkels α und indirekt proportional dem Quadrate der Entfernung r.

I. Lampen mit flüssigem Brennstoff.1

Es ist die B. des Flächenelementes bei o durch die Lichtquelle mit der Intensität J (Abb. 22) im senkrechten Abstände p:

Die B. des Flächenelementes bei m dagegen ist:

da

so ist

wobei angenommen wird, daß die Lichtquelle nach allen Richtungen die gleiche Intensität besitzt. Aus dieser Formel ist nachzuweisen, daß für einen bestimmten Winkel α durch Variieren des Abstandes p die B. bei m ein Maximum wird, u. zw. wenn p = 0∙7 x oder ∢ α = 55°. Wenn also die Arbeitsstelle einer Tischfläche 1 m vom Fußpunkte der Lampe entfernt ist, so erhält die Arbeitsstelle die beste B., wenn der leuchtende Körper der Lampe 0∙7 m über der Tischfläche hängt.[140]

II. Gaslampen.

III. Elektrische Lampen.

[141] Wenn in diesem Falle die Lampe eine Lichtstärke von 50 HK besitzt, so beträgt die B. am Fußpunkte der Lampe 102 Lux und an der 1 m entfernten Arbeitsstelle 41 Lux. Je nach der Beschaffenheit des Auges genügen zum Lesen kleiner Schrift 30–50 Lux.

Auf einem Schreibtische ist der Abstand der Arbeitsstelle vom Fußpunkte der Lampe gewöhnlich etwa 0∙5 m. In diesem Falle soll die Aufhängehöhe der Lampe 0∙35 m betragen, und wünscht man an der Arbeitsstelle eine B. von 30 Lux, so bedarf man hierzu einer Lampe von 20 HK Lichtstärke.

Bei der B. langgestreckter, schmaler Bahnhofanlagen werden die kräftigen Lichtquellen womöglich längs der Mittellinie des Bahnhofplatzes hintereinander aufgestellt, und die im halben Abstände zweier Lampen gelegenen Punkte des Bahnhofplanums erhalten die B.

wenn die beiden nächsten Lampen gleich stark und gleich hoch aufgehängt sind und wenn von dem Einflüsse der entfernter stehenden Lampen ganz abgesehen wird.

Auf breiten, ausgedehnten Bahnhofplätzen werden die Lampen tunlichst in die Ecken von gleichseitigen Dreiecken aufgestellt und dann herrscht unter den oben angenommenen Verhältnissen in den Schwerpunkten dieser Dreiecke die B.:

Die Berechnung der B. in geschlossenen Räumen ist wesentlich komplizierter, weil hier die Reflexwirkung der Wände und Decken eine große Rolle spielt. Von den die Wände treffenden Lichtstrahlen wird ein Teil absorbiert und der Rest zurückgeworfen. Die Lichtabsorption ist von der Farbe und Beschaffenheit der Wände abhängig und beträgt der Absorptionsfaktor bei:

Zur Erzielung einer effektvollen B. eines geschlossenen Raumes bedarf es daher immer heller, matter Wände, weshalb Elfenbeinweiß für die Wände von Bahnhofeingangshallen, Gängen und Wartehallen zu empfehlen ist.

Zur Bestimmung der Lichtstärken der verschiedenen Lichtquellen und des Beleuchtungseffektes in bestimmten Fällen dient das Photometer.

II. Beleuchtungsmaterialien (matters for lighting; matières a l´éclairage; materiali per illuminazione), Materialien, die entweder durch Verbrennung, durch Erhitzen oder durch einen sie durchfließenden elektrischen Strom so bedeutend erwärmt werden, daß sie Licht entwickeln.

Unter den Stoffen, die man zur Lichtentwicklung einer Verbrennung unterwirft, gibt es solche, die sich bei gewöhnlicher Temperatur im starren Zustand befinden, und auch solche, die flüssig oder gasförmig sind.

A. Materialien für Kerzenfabrikation.

1. Talg (tallow, suet; suif; sevo, sego).

2. Walrat (spermaceti).

3. Wachs (wax; clre; cera).

4. Stearin (stearine; stéarine; stearina).

5. Paraffin (paraffine; paraffine; paraffina).

B. Mineralstoffe.

1. Magnesium, Mg.

2. Glühkörper, die bei Gas-, Petroleum- und Spiritusglühlicht verwendet werden, bestehen aus einem Gewebe von Baumwolle, Ramie (Chinagras) oder Seide, das mit den Nitraten von Thor (98–99%) und Cer (1–2%) getränkt, verascht und gehärtet wird.

Ramiekörper sind in ihrer Leuchtkraft beständiger als Baumwollkörper.

C. Öle für Lampenbeleuchtung.

1. Olivenöl, Baumöl, Provenceröl (olive-oil; huile d'olive; olio d'uliva).

2. Rüböl (rape seed oil; huile de colza; olio di ravizzone).

3. Petroleum, Erdöl, Steinöl, Naphtha (rock-oil; haue minerale; petrolio) bildet im Eisenbahnwesen für die Lokomotiven-, Wagen-, Gebäude- und sonstige B. dort, wo nicht Gas- und elektrische B. verwendet wird, das wichtigste Beleuchtungsmaterial. Das Petroleum ist eine in der Natur vorkommende Flüssigkeit, die wesentlich aus flüssigen Kohlenwasserstoffen besteht.

Das zum Gebrauch fertige Petroleum kommt als gereinigtes Petroleum, Paraffinöl, Kerosin, Photonaphthil in den Handel.

Es ist eine etwas fluoreszierende Flüssigkeit, für das wasserhell (prime white), merkantilweiß (standard white), gelblich (straw white), gelb (paille) als Normalfarbequalität für den internationalen Handel gelten.

Als lieferungsfähiges Petroleum gilt nur solches, das gut raffiniert, rein, der Normalfarbe (standard [142] white) oder der Farbenqualität entsprechend gut brennbar und usancegemäß unentzündlich ist, nicht stockt, und während eines Tages in einem offenen, weißen Glas der Luft und dem Licht ausgesetzt, nicht nachdunkelt.

Das raffinierte Petroleum hat ein spezifisches Gewicht von 0∙78–0∙86, siedet bei ungefähr 150° C, brennt nur mit Hilfe eines Dochtes; es entwickelt dabei Licht und Wärme. 1 kg Petroleum verdampft 18 l Wasser.

Reines Petroleum von dem angegebenen spezifischen Gewicht ist durchaus ungefährlich; besonders gilt dies von den farblosen, schwach riechenden Produkten.

Leuchtöl von dem spezifischen Gewichte der guten Petroleumsorten (etwa 0∙800–0∙820) wird fälschlich durch Mischung von schweren Ölen mit Leichtölen hergestellt. Diese Mischungen sind höchst feuergefährlich.

Außer der Bestimmung des spezifischen Gewichts des Petroleums spielt daher die Ermittlung des Entflammungs- und Entzündungspunktes (fire-test) des raffinierten Petroleums im Handelsverkehr eine sehr wichtige Rolle.

Nach Burgmann bezeichnet man als Entflammungspunkt jenen, bei dem das untersuchte Petroleum Dämpfe abzugeben anfängt, die sich beim Nähern einer Flamme entzünden; dagegen wird als Entzündungstemperatur jener Wärmegrad bezeichnet, bei dem sich das betreffende Petroleum allmählich durch die fortdauernde Wärmezufuhr von selbst entzündet.

Nach dem deutschen Reichsgesetz vom 24. Februar 1882 ist Petroleum, dessen Dampf in der Abelschen Probe bei einem Druck von 760 mm unter 21° C entzündlich ist, beim Verkauf als feuergefährlich zu betrachten.

D. Spiritus (spirit; esprit de vin; spirito) mehr oder weniger reiner Alkohol, der aus zuckerhaltigen Flüssigkeiten durch Gärung und Destillation gewonnen wird.

Der zu Heiz- und Beleuchtungszwecken dienende Spiritus enthält bis über 90 Volumprozente Alkohol.

E. Leuchtgas.

Als solches bezeichnet man die mit leuchtender Flamme brennenden Gasgemische, die durch Erhitzen unter Luftabschluß aus Steinkohlen, Braunkohlen, Holz, Torf, bituminösen Schiefern, Öl, Harz, Fettabfällen, Schieferöl, Petroleum, Petroleumrückständen, Teerölen u. dgl. durch Zersetzen von Kalziumkarbid, durch Imprägnieren von Luft mit Dämpfen flüchtiger Kohlenwasserstoffe oder durch Einwirkung von Wasserdampf auf glühende Kohle gewonnen werden.

1. Steinkohlengas. Dieses am häufigsten verwendete Gas besteht aus einem Gemisch von Wasserstoff, Methan, schweren Kohlenwasserstoffen (vorwiegend Äthylen und Benzol), Kohlenoxyd, Kohlensäure und Stickstoff.

Die Zusammensetzung nach Volumen und Gewicht ist folgende:

2. Braunkohlengas.

3. Holzgas.

4. Torfgas.

Die drei letztgenannten Gasarten werden nur äußerst selten, u. zw. dann, wenn für die Beschaffung des Rohmateriales sehr günstige Bedingungen bestehen, erzeugt.

5. Ölgas (Fettgas), das aus Ölen, starren Fetten, Fettabfällen aus Schlachthäusern, den seifehältigen Waschwässern der Streich- und Kammgarnfabriken hergestellt wird, besitzt bis dreimal stärkere Leuchtkraft als Steinkohlengas.

Das aus den schweren Destillationsprodukten und Destillationsrückständen des Erdöls, aus Braunkohlenteerölen und Schieferölen dargestellte Gas wird ebenfalls als Ölgas oder Fettgas bezeichnet. Es findet weitgehende Verwendung bei der B. der Eisenbahnwagen (s.d.).

6. Blaugas (nach dem Erfinder, Blau, genannt) ist ein durch Druck ohne Kälte verflüssigtes Olgas, das in Stahlflaschen versandt wird. Die zur Verwendung dieses Gases erforderliche Apparatur besteht aus einem Druckkessel, in den das Gas aus den Flaschen eingelassen wird, und aus einem Regler, der in der Verteilungsleitung einen gleichmäßigen Druck hält. Zur Beleuchtung dient hängendes Gasglühlicht.

7. Azetylen, das durch Zersetzen von Kalziumkarbid mit Wasser gewonnen wird, ist ein farbloses Gas, das im reinen Zustand aus 92∙3% Kohlenstoff und 7∙7% Wasserstoff (Gewichtsteile) besteht, ein spezifisches Gewicht von 0∙906 besitzt und einen angenehm ätherischen Geruch hat.

Mit 1∙25–20 Vol. Luft bildet Azetylen ein explosives Gemenge. Seine Entzündungstemperatur liegt bei 480° C. Reines Azetylen explodiert bei einem Druck von 2 Atmosphären. Komprimiertes Azetylen verliert seine Explosionsfähigkeit, wenn es in Azeton gelöst und in einen Rezipienten gefüllt wird, der Kieselgur enthält. Azetylen brennt mit hell leuchtender, stark rußender Flamme.

8. Luftgas (Aerogengas, Benoidgas, Pentaingas u.s.w.) erhält man, indem man Luft mit Dämpfen flüchtiger Kohlenwasserstoffe (Gasolin u.s.w.) imprägniert. Die Herstellung erfolgt mit Hilfe verschiedener Apparate, z.B. mit der Amberger Gasmaschine, mit dem Benoidgasapparat u.s.w. Das Luftgas besitzt höheren Heizwert als das Steinkohlengas. Da es kein Kohlenoxyd enthält, ist es nicht giftig.[143] Luftgasleitungen müssen frostsicher verlegt werden, damit ein Verdichten der der Luft beigemischten Kohlenwasserstoffdämpfe vermieden wird.

9. Wassergas ist ein brennbares Gasgemisch, das durch Einwirkung von Wasserdampf auf glühende Kohle gewonnen wird.

Reines Wassergas enthält 40% Kohlenoxyd, 3–8% Kohlensäure, 50% Wasserstoff und 3–6% Stickstoff; sein spezifisches Gewicht ist 0∙5–0∙6. Es ist geruchlos und. äußerst giftig. Durch einen geringen Zusatz von Äthylmerkaptan kann die in der Geruchlosigkeit des Wassergases liegende Gefahr behoben werden. Das Wassergas verbrennt mit blauer, heißer Flamme und kann, wenn es von Eisenkohlenoxyd gereinigt ist, ohne weitere Luftbeimischung zur Beleuchtung im Glühlichtbrenner verwendet werden.

Mit leichtem Mineralöl karburiert, von Kohlensäure befreit und gewaschen, kann es als Leuchtgas verwendet werden. Häufig dient es im karburierten Zustande als Zusatz zu Steinkohlengas.

10. Preßgas ist Steinkohlengas, das zum Zwecke der Erhöhung der Leuchtkraft komprimiert wird.

F. Beleuchtungsmaterialien für elektrische Beleuchtung.

1. Glühlampen (s. unter III. Beleuchtungskörper).

2. Die Bogenlampenkohlen (Kohlenstifte) werden aus einer Mischung von pulverisiertem Retortengraphit mit Ruß und Steinkohlenteer unter hydraulischem Druck geformt und bei sehr hoher Temperatur geglüht. Da die verschiedenen Bogenlampen nicht mit allen Kohlenstiften gebrannt werden können, die Eigenschaften der beiden sich vielmehr vermengen, ist es auch nicht möglich, absolute Bedingungen und Werte für die Bogenlampenkohlen aufzustellen.

Die Untersuchung von Kohlenstiften erstreckt sich auf chemische Analyse, auf Bruch, Härte, Dichte, elektrische Leitfähigkeit und ihre Rückstände beim Brennen. Die Oberfläche soll rißfrei und möglichst glatt sein; Querrisse sind unzulässig. Das spezifische Gewicht der Kohlen schwankt zwischen 1∙5 und 1∙9. Gute Reinkohle soll nicht mehr als 0∙5% Asche geben. Homogenkohle gibt ungefähr 0∙3%, der Docht 16% Rückstände. Die Effektkohlen (Flammenkohlen und Intensivflammenkohlen) enthalten Leuchtzusätze, u. zw. für gelbes Licht Fluorkalzium, für rotes Fluorstrontium und für weißes Fluorbarium. Bei den Bremerkohlen ist die ganze Kohlenmasse getränkt, während bei den Effektkohlen anderer Marken nur der Docht mit fremden Stoffen und Fluor versetzt ist.

III. Beleuchtungskörper (electroliers; corps éclairants; corpi illuminanti), Beleuchtungsapparate, Vorrichtungen zur Erzeugung der künstlichen Beleuchtung.

A. Kerzen, aus Talg, Stearin, Stearinsäure, Paraffin, Walrat, Wachs oder aus Mischungen dieser Stoffe bestehende Zylinder, in deren Achse ein Docht verläuft.

B. Fackeln werden häufig als Beleuchtungsmaterial bei nächtlichen Arbeiten im Freien verwendet. Die Pechfackeln bestehen aus vier je 1 m langen, mit Pech und Kolophonium oder Terpentin getränkten, lose gedrehten Wergstricken, deren Verbindung zu einer geraden Stange durch Eintauchen in die Brandmasse herbeigeführt wird, oder aus einem mit Werg umwickelten, dann mit Pech getränkten Stock von Fichtenholz. Man versieht die Fackeln auch mit bengalischen Flammenmischungen, deren Leuchtkraft durch beigemischtes Magnesiumpulver erhöht wird. Hauptsächlich benutzt man heute Petroleumfackeln, die lampenartig konstruiert sind, je doch ohne Zylinder brennen; bei manchen Ausführungen hängen die Ölbehälter in Bügeln, damit sie stets in normaler Stellung bleiben. Zu den Petroleumfackeln ist der Kohlsche Beleuchtungsapparat zu rechnen. In neuerer Zeit findet auch die sog. Sturmfackel viel Verwendung. Diese besteht aus einem abschließbaren Gefäß, in das Karbid und Wasser eingebracht wird und an das sich ein Rohr mit Absperrhahn und Reflektor anschließt. Die Sturmfackeln werden für 150 bis 2000 Kerzen stärken ausgeführt.

C. Lampen für starre Körper. Unter diesen Lampen ist nur die Magnesiumlampe von Bedeutung; sie findet bei der Beleuchtung von Baustellen, bei geodätischen Arbeiten unter Tag, zu Projektionen, zu Signallichtern (Chatamlicht), zu photographischen Aufnahmen bei Ausschluß des Sonnenlichtes u.s.w. Verwendung.

D. Lampen für flüssige Beleuchtungsmaterialien (fette Öle, Petroleum, Spiritus) Diese Lampen bestehen im wesentlichen aus einem Behälter für das Beleuchtungsmaterial und einer Vorrichtung, um dieses dem Verbrennungsraum zuzuführen. Hierzu dient der Lampendocht, in dem sich das Beleuchtungsmaterial durch Kapillarwirkung bis zur Flamme erhebt. Der Docht besteht meist aus Baumwolle, für manche Lampen auch aus anderem porösen Material, wie gebranntem Ton, feinen Glasfäden u.s.w. Der Docht soll der Flamme das erforderliche Leuchtmaterial stets gleichmäßig zuführen. Der Flachdocht liefert eine breite Flamme, in der eine vollkommene Verbrennung erzielt wird; da die dünne Flamme stark abgekühlt wird, ist es zweckmäßiger, den Docht zu einem Hohlzylinder (Rundbrenner, Argandbrenner) zusammenzubiegen, dem von außen und innen Luft zuströmt, ohne daß jedoch die Flamme zu stark abgekühlt[144] wird. Die Leistungsfähigkeit des Flach- und des Rundbrenners wird durch einen Glaszylinder (Zugglas) wesentlich erhöht. Die Gestalt des Zylinders richtet sich nach dem Beleuchtungsmaterial und nach dem Lampensystem. Flachbrenner werden mit bauchigen Zylindern umgeben, damit der Luftzug die Richtung auf die Flamme erhält. Die Zylinder für die Rundbrenner erhalten in bestimmter Höhe eine starke Einschnürung, die bewirkt, daß der Luftzug fast horizontal gegen die Flamme gelenkt wird. Manchmal verwendet man auch Brandscheiben, das sind Metallscheibchen, die auf einem in der Achse des Hohldochtes angeordneten Stiel befestigt sind, so daß sich der Luftzug daran bricht, nach außen bläst und die Flamme tulpenartig erweitert.

Lampen für fette Öle. Man unterscheidet Saug- und Drucklampen.

Bei den Sauglampen wird das Leuchtmaterial der Flamme nur durch die Kapillarität des Dochtes zugeführt, weshalb der Ölbehälter, wenn er unter der Flamme angeordnet ist, sehr flach gehalten werden muß.

Bei den Drucklampen, bei denen der Ölbehälter am Fuße der Lampe liegt, muß das Öl gehoben werden (was zumeist durch eine Pumpe mit Uhrwerk geschieht), da die Kapillarität hierzu nicht ausreichen würde.

Lampen für Petroleum und sonstige Mineralöle. Diese Lampen sind meistens Sauglampen, bei denen der Ölbehälter so weit unter dem Brenner liegt, daß dessen Erhitzung vermieden wird. Der Flachbrenner für Petroleum ist zur Beförderung der Luftzufuhr mit einer halbkugelförmigen Kappe bedeckt. Der Zylinder dieser Lampe ist ausgebaucht oder im ausgebauchten Teil etwas plattgedrückt, u. zw. derart, daß alle Teile gleich weit von der Flamme abstehen und gleich stark erwärmt werden. Es werden auch mehrere Flachbrenner in einer Lampe in paralleler oder sternförmiger Stellung angeordnet, wie z.B. beim Duplexbrenner, beim Triplexbrenner und beim Kronenbrenner. Die Rundbrenner sind Argandbrenner, bei denen die Luftzuführung gut geregelt ist. Sie haben meist einen flachen Docht, der in dem etwas konischen Brennerrohr zum Runddocht zusammengebogen wird. Das Stellen des Dochtes erfolgt durch ein Rädchen oder durch eine Scheibe. Da bei großen Petroleumbrennern die Leuchtkraft infolge ungenügender Luftzuführung nicht im Verhältnis mit der Größe der Brenner wächst, wurden Lampen hergestellt, bei denen dieser Übelstand beseitigt ist.

Bei dem Petroleumglühlicht, für große Leuchtstärken Petroleumstarklicht genannt, wird Petroleum in gasförmigen Zustand gebracht; das Petroleumgas wird einem Bunsenbrenner zugeführt, durch dessen Flamme ein Glühkörper zur Weißglut erhitzt wird.

Es gibt in konstruktiver Hinsicht zwei Systeme, u. zw. Lampen, bei denen das Petroleum unter dem natürlichen Druck und ferner solche, bei denen das Petroleum unter einem höheren künstlichen Druck (Luft, Kohlensäure u.s.w.) zum Vergaser gelangt. Das Vergasen des Petroleums erfolgt unter der Wirkung jener Wärme, die der Bunsenbrenner erzeugt. Es werden auch Lampen hergestellt, bei denen sich über der Flamme ein Luftbehälter befindet. Die Luft wird erwärmt, dehnt sich aus und drückt auf das Petroleum. Bei den Lampen mit künstlichem Druck (Kitson, Washington-Kraume u.s.w.) ist der Petroleumbehälter entweder über der eigentlichen Lampe oder am Fuße des Lampenmastes angebracht. Für diese Beleuchtungsart kommen sowohl nach aufwärts brennende Glühlichtbrenner als auch Invertbrenner (s. Lampen für Leuchtgase) in Betracht.

Das Petroleumstarklicht eignet sich besonders für Stationsaußenbeleuchtung; das Licht ist schön und verhältnismäßig billig.

Für sehr flüchtige Öle wurden Lampen hergestellt, die ohne Docht brennen, indem das Öl außerhalb der Flamme durch Erwärmung in Dampf verwandelt wird, der in die Flamme geleitet wird (Gas-, Dampf- und Dunstlampen).

Bei der Ligroinlampe ist der Ölbehälter mit einem Schwamm gefüllt, der mit dem flüchtigen Öl getränkt wird. Ein massiver Baumwolldocht führt durch eine Dochthülse zur Flamme.

Lampen für Spiritus. Die Spiritusflamme selbst hat nur sehr geringe Leuchtkraft. Wenn man jedoch Spiritus in gasförmigen Zustand bringt und dieses Spiritusgas einem Bunsenbrenner zuführt, über dem ein Glühkörper angebracht ist, so erhält man Spiritusglühlicht, das eine große Leuchtkraft besitzt.

Man unterscheidet zwei verschiedene Systeme von Brennern, u. zw.:

a) Zur Vergasung des Spiritus wird die vom Bunsenbrenner erzeugte Wärme benützt, und

b) die Vergasung wird durch eine eigene kleine Spiritusflamme bewirkt.

Die zweitangeführte Bauart hat infolge der höheren Beleuchtungskosten weniger Verbreitung gefunden.

Das Spiritusglühlicht wird hauptsächlich zur Beleuchtung von Innenräumen verwendet, sagt dem Auge zu, ist jedoch infolge der hohen Spirituspreise verhältnismäßig teuer.

E. Lampen für Leuchtgase. Den Hauptbestandteil der Gaslampen bilden die Brenner, die die Aufgabe haben, der Flamme eine bestimmte Form zu geben und die Zufuhr einer genügenden Luftmenge zu ermöglichen. Die Brenner werden aus Eisen, Messing, Porzellan oder Speckstein hergestellt. Der Einloch- oder Strahlbrenner und der Dreilochbrenner liefern keinen großen Leuchteffekt. Vorteilhafter sind der Schnitt- oder [145] Schlitzbrenner und der Zweilochbrenner.

Die flachen Flammen, die durch Schnitt- oder Zweilochbrenner gewonnen werden, müssen, wenn man die Lichtmenge noch weiter steigern will, durch eine Rundflamme, wie bei dem Argandbrenner ersetzt werden.

Nur bei einem bestimmten Druck des ausströmenden Gases kann für jeden Brenner eine möglichst gute Ausnutzung erzielt werden, weshalb man mit den Brennern Druckregulatoren verbindet, die den für das Brennen günstigsten Druck fortwährend erhalten, oder man bringt an dem Brenner ein durch Hand einstellbares Stück an, das durch Höher- oder Tieferstellen einer kegelförmigen Spitze den Gaszufluß zu dem Brenner vermehrt oder vermindert.

Durch die Erwärmung der zuströmenden Luft und des Gases wird eine wirtschaftlichere Ausnutzung des Brennmateriales erreicht. Es ist dies namentlich bei der Siemens' Regenerativlampe (stehend, vertikal abwärtshängend oder horizontal) der Fall.

Der Brenner der stehenden Lampe (Abb. 23) trägt über dem Brennkopf a eine Lockesse b, die durch die heißen abziehenden Verbrennungsgase so erwärmt wird, daß sie einen Luftstrom hervorruft, der die Flamme durch das Innere des Brenners in die Esse leitet; solcherart dienen die heißen Verbrennungsgase zur Erwärmung der in entgegengesetzter Richtung strömenden Verbrennungsluft. Dieser Regenerativbrenner wirft nach unten hin Schatten. Wird die ganze Lampe gleichsam in umgekehrter Richtung verwendet, wobei die Lockesse dann auch in anderer Weise anzuordnen ist, wird dieser Übelstand vermieden.

Bei einem Argandbrenner kann man auch das Regenerativprinzip verwenden, indem man an demselben zwei Zylinder anbringt, von denen der eine zur Vorwärmung der Verbrennungsluft benutzt werden kann. Eine solche Konstruktion rührt von Mouchat her.

Das Gasglühlicht besteht im Wesen darin, daß in einer nichtleuchtenden Flamme ein fester Körper stark erhitzt wird, der im glühenden Zustand ein hohes Lichtausstrahlungsvermögen besitzt.

Eine völlige Umwälzung in der Gasbeleuchtung brachte die Erfindung von Auer von Welsbach. Bei diesem Gasglühlicht (Auerlicht) ist über die Flamme eines Bunsenbrenners ein schwach kegelförmiger Mantel als Glühkörper gehängt.

Abb. 24 gibt einen Schnitt und die Draufsicht des Bunsenbrenners.

Bei dem hängenden Gasglühlicht (Invertlicht) ist die Ausströmung des Gases nach unten gerichtet; die Flamme ist von einem glockenförmigen Glühkörper (G) umschlossen (Abb. 25).

Das Brennerrohr A hat ein eingelegtes Strahlrohr M und ein Magnesiamundstück B. Die Luftregulierung erfolgt durch das Sieb C und den Hebel D. E ist ein Abzugsschornstein. In der Regulierdüse F kann mit der Schraube I die Gaszufuhr geregelt werden. N ist ein Kleinstellerhebel, O eine Regulierschraube zum Kleinstellen und P das Zündrohr hierzu. 12 ist ein Zugzylinder, H die Schutzglaskugel.

Die Helligkeit der Flamme ist nach der unteren Hemisphäre gerichtet und in vertikalen[146] Ebenen unter den verschiedenen Winkeln ziemlich gleich.

Der Wouwermansbrenner unterscheidet sich von dem Auerbrenner hauptsächlich dadurch, daß im Brennerkopf eine Vorrichtung angebracht ist, die eine innigere Vermengung des zur Verbrennung gelangenden Luft- und Gasgemisches herbeiführt. Dadurch findet eine vollständigere Verbrennung des Gases statt, und es ergibt sich eine relativ höhere Leuchtkraft. Allerdings erfordern die W-Brenner eine genauere Einregulierung des Gasdruckes als die Auerbrenner.

Bei der Azetylengasbeleuchtung kommen offene und Glühlichtflammen zur Verwendung, doch haben letztere bis jetzt keine große Verwendung gefunden. Bei nicht genügender Luftzufuhr rußt die Famme leicht. An den Brenneröffnungen entstehen leicht durch Erhitzen koksähnliche Ablagerungen, die die Öffnung verstopfen. Deshalb ist es nötig, die Flamme von der Brennermündung abzuheben (Gabelbrenner).

Bei dem Schnitt- und Argandbrenner genügt ein Druck im Rohrnetz von 20 mm Wassersäule, bei Gasglühlicht muß er auf 30–40 mm erhöht werden und soll bei Invertlicht nicht unter 40 mm betragen.

Zur Erzielung höherer Lichtstärken wird überhaupt mit Vorteil höherer Druck (Preßgaslicht) angewendet. Hierfür bestehen verschiedene Anordnungen.

Zum Anzünden der Gaslampen benützt man häufig die Kontaktwirkung des Platinmohrs. Das auf dieses strömende Gas verbrennt bei der Berührung zunächst ohne Flamme; die hierbei entwickelte Wärme entzündet das Leuchtgas (Dukesche Pillen).

Bei Straßenlaternen mit Auerlicht läßt man zumeist ein kleines Zündflämmchen brennen, das beim Öffnen des Brennhahnes das ausströmende Gas entzündet.

Fernzünder, die gestatten, viele Flammen von einem Punkte aus zu entzünden, wurden vielfach konstruiert, konnten sich jedoch in der Praxis noch nicht allgemeine Geltung verschaffen.

F. Lampen für elektrische Beleuchtung.

1. Glühlampen. In diesen wird der Leuchtkörper durch einen festen Körper gebildet, der vom elektrischen Strom durchflössen wird. Durch die hierdurch eintretende Erwärmung erglüht der Körper und wird die Lichtausstrahlung bewirkt. Je nach dem Stoffe, aus dem der Leuchtkörper hergestellt ist, unterscheidet man Kohlenfaden-, Metallfaden- und Lampen mit Metalloxydleuchtkörpern.

a) Kohlenfadenlampen. Die Form der am meisten verbreiteten Edison-Glühlampe ist aus Abb. 26 ersichtlich. Ein aus Kohle bestehen der Bügel ist an seinen Enden durch einen galvanoplastischen Kupferniederschlag mit Platindrähten verbunden, Diese Platindrähte sind in eine Glasmasse eingeschmolzen, die ihrerseits mit dem oberen Teil der den Kohlenbügel einhüllenden Glasbirne verschmolzen ist. Die Glasbirne wird luftleer gemacht und sodann zugeschmolzen. Zu diesem Zwecke ist am unteren Ende der Glasbirne ein Ansatz angebracht.

Die Form des Sockels und der Fassung, die Edison der Glühlampe gegeben hat, ist derzeit wohl die verbreitetste (s. Abb. 27). Die Birne A ist mit Gips in eine aus Messingblech gepreßte Hülle B, die mit einem Schraubengewinde versehen ist, eingekittet. Außerdem ist an dem Gips das Messingplättchen C befestigt. B und C stehen durch Platindrähte mit den beiden Enden des Kohlenfadens in Verbindung. Die Fassung besteht aus einem hohlen Gewinde, in das B paßt, und hat auf seinem Grunde ein Messingplättchen, auf das C beim Einschrauben gedrückt wird. Das Gewinde der Fassung und das Plättchen sind mit den ungleichnamigen Polen der Leitung verbunden. Häufig enthält die Fassung einen Schalter. Von den zahlreichen übrigen Fassungen ist die Bajonettfassung die verbreitetste. Sowohl für die Edison- als auch für die Bajonettfassung wurden seitens des Verbandes deutscher Elektrotechniker Normalien geschaffen.

Die Benutzungszeit und Lebensdauer der Kohlenfadenlampen ist eine beschränkte. Sie hängt namentlich von der Güte des Fadens und der Luftleere der Birne einerseits und der Inanspruchnahme, d.i. Watt auf die Hefnerkerze W/HK (s. Beleuchtung) anderseits ab. Die praktische Benutzungsdauer hört auf, wenn die Leuchtstärke auf etwa 80% der anfänglichen gesunken ist. In neuerer Zeit haben sich eine große Zahl von Glühlampenfabriken dahin geeinigt, die Kohlenfadenlampen gleichartig zu bezeichnen, u. zw. durch eine Abstempelung am Sockel (z.B. 110 B 25), die die Betriebsspannung in Volt, den spezifischen Effektverbrauch W/HK und die mittlere horizontale Lichtstärke in HK angeben. A bedeutet niedrigen, B mittleren und C hohen Effektverbrauch der Lampe.

Die Benutzungszeiten sind im Mittel für Type A 300, für B 600 und für C 800 Stunden. Die mittlere sphärische Lichtstärke ist durchschnittlich 78% der mittleren horizontalen Lichtstärke.[147]

Die hauptsächlichsten in Verwendung stehenden Kohlenfadenlampem sind in nachstehender Tabelle gegeben.

Die Kohlenfadenlampe ist in jüngster Zeit durch ein verbessertes Karbonisierungsverfahren (metallisierte Kohlenlampe) auf einen Effektverbrauch von 2∙5 W/HK bei 500 Stunden Benutzungsdauer gebracht werden. Der Einfluß der Spannungsänderung auf die Änderung der Lichtstärke ist geringer als bei der reinen Kohlenfadenlampe und beträgt nur etwa 4% bei 1% Spannungsänderung.

Bei kleinen Lampen wählt man statt der Birnenform oft die Kugelform für den Glaskörper. Röhrenlampen werden häufig zu Konsollampen verwendet.

Außer Lampen mit Klarglas werden mattierte, teilweise mattierte, gefärbte und Lampen aus farbigem Glas hergestellt.

Die Kohlenfadenlampen können bei Gleichstrom und bei Wechselstrom in gleicher Weise verwendet werden, sofern bei letzterem die Periodenzahl nicht unter eine gewisse Grenze sinkt. Je niedriger die Periodenzahl in einer Wechselstromanlage, um so niedriger muß man mit der Lampenspannung gehen, um dicke Fäden zu erhalten, die zufolge ihrer größeren Masse geringere Schwankungen aufweisen.

b) Metallfadenlampen. Als Leuchtkörper hierfür können nur Metalle verwendet werden, die eine sehr hohe Temperatur aushalten, sich in sehr feine Fäden bringen lassen und doch eine genügende Festigkeit behalten.

Für die Osmiumlampe (Auer-Oslampe) wird fein verteiltes Osmium mit organischen Bindemitteln zu einem zähen Brei gemischt, durch Düsen von Diamant oder Saphir gezogen, zu Bügeln geformt und dann geglüht, wobei das Bindemittel verkohlt. Die Drähte werden dann in einer Atmosphäre von Wasserdampf, dem reduzierende Gase zugefügt werden, durch den elektrischen Strom bis zur Weißglut erhitzt; dadurch wird die Kohle entfernt und Osmium reduziert. Der Osmiumfaden wird dann in die Enden der Zuleitungsdrähte eingeschmolzen und das Ganze in dem luftleer ausgepumpten Glaskörper untergebracht. Der Faden wird in der Glühhitze sehr weich, die Lampen können daher, obwohl der Faden in der Mitte nochmals gehalten wird, nur senkrecht nach unten hängend brennen. Anfangs wurde die Lampe nur für 27 Volt gebaut. Später wurden für 40-Volt-Lampen 2 Faden in einer Birne hintereinander geschaltet. Die Lampen erfordern 1∙5 W/HK. Gegen Spannungsschwankungen sind sie weniger empfindlich als die Kohlenfadenlampen. Die Benutzungsdauer schwankt zwischen 2000 und 6000 Stunden.

Die gewöhnliche Form der Auer-Oslampe ist die Birnenform; die Lampe wird aber auch in Kugelform hergestellt.

Bei der Tantallampe wird ein Faden aus reinem Tantal verwendet. Dieses wird durch Reduktion von Tantalkaliumfluorid erhalten, wobei zunächst Tantalpulver entsteht, das noch etwas Sauerstoff enthält. Dieser wird durch Schmelzen des Pulvers im Vakuumofen entfernt. Durch mehrmaliges Umschmelzen wird das Metall vollkommen gereinigt. Das Tantal wird dann zu feinen Fäden ausgezogen. Die Fadenstärke ist bei allen Lampen für Stromstärken von 0∙34–0∙38 Ampere gewählt. Die Länge bestimmt dann Spannung und Lichtstärke. Eine 110-Volt-25-HK-Lampe enthält einen 650 mm langen Faden. Die Unterbringung dieses langen Fadens geschieht folgendermaßen (Abb. 27).

Das Glassäulchen in der Mitte besitzt zwei Glaswülste, in die mit Häkchen versehene isolierte Tragarme eingeschmolzen sind. Um diese wird der Draht geschlungen. Die Lampe brennt in jeder Stellung.

Die Form der Lampe ist die einer Glasbirne oder einer Glaskugel. Der Tantalfaden erfährt unter dauernder Einwirkung von Wechselstrom mit normaler Periodenzahl (40–50 in der Sekunde) eine Strukturveränderung. Die Lampe wird daher meist in Gleichstromanlagen verwendet.

Die Zirkonlampe braucht 1 W/HK und wird bis zu 220 Volt Spannung gebaut.[148]

Die Zirkon-Wolframlampe hat einen Faden aus einer Legierung von Zirkon mit Wolfram. Sie verträgt ebenso hohe Spannung und benötigt 1∙2 W/HK.

Die Wolframlampe wurde früher zum Teil nach dem Just-Hanamannschen Substitutionsverfahren, zum Teil nach den Patenten von Kužel hergestellt.

Bei dem ersteren Verfahren wird ein Kohlenfaden in einem Dampfgemisch von Oxychloriden des Wolframs mit Wasserstoff geglüht, wodurch sich der Faden mit Wolfram überzieht, das sich bei Erhitzung in einer indifferenten Atmosphäre mit dem Kohlenstoff zu einem Karbid vereinigt. Bei folgender Weißglut verflüchtigt sich der Kohlenstoff und Wolfram bleibt in dünnen Fäden (0∙04 mm) zurück. Bei dem Verfahren von Kužel wird aus dem Kolloid des Wolframs mit Wasser eine Paste gebildet, die dann durch Düsen gepreßt wird.

Ein ähnliches aber noch nicht bekanntgegebenes Verfahren wurde bisher zur Erzeugung der Osramlampe benutzt, für die Wolfram mit einem Zusatz von Osmium oder Molybdän verwendet wird. In neuester Zeit wird sowohl für die Wolfram- als auch für die Osramlampe der Faden gezogen.

Die Wolfram- und Osramlampen haben einen Effektverbrauch von 1∙0–1∙25 W/HK.

1% Spannungsänderung bewirkt 3–4% Änderung an der Lichtstärke.

Bis 50 HK werden die Lampen in Birnenform, darüber hinaus derzeit nur in Kugelform angefertigt.

Da die Lampen der Lichtstärken von 5–50 für kleinere Spannungen größere Lebensdauer und einen kleineren spezifischen Effektverbrauch haben, werden bei Wechselstromanlagen Spannungsreduktoren verwendet, die die Verwendung Lampen niederer Spannung in Einzelschaltung bei gewöhnlicher Netzspannung gestatten.

Im übrigen sind Wolfram- und Osramlampen in Gleichstrom- und Wechselstromanlagen in gleicher Weise zu gebrauchen.

c) Glühlampen mit Metalloxydleuchtkörpern. Zu diesen Glühlampen gehört die Nernstlampe. In dieser wird ein Leuchtkörper verwendet, der aus einer Mischung verschiedener Metalloxyde (Thoroxyd, Zirkonoxyd, Yttriumoxyd, Zeroxyd u.s.w.) besteht.

Da dieses Oxydgemisch erst im erhitzten Zustand ein Elektrizitätsleiter wird, bedarf die Nernstlampe einer besonderen Erhitzungsvorrichtung, um sie zu entzünden.

Die Lebensdauer ist etwa 400 Stunden. Die mittlere sphärische Lichtstärke ist 64–75% der horizontalen Lichtstärke.

Im allgemeinen ist zu bemerken, daß sich die Lampe für höhere Spannungen besser eignet als für 110 Volt. Es werden für Gleichstrom und für Wechselstrom gesonderte Lampen hergestellt. Bei Gleichstromlampen muß die Einschaltung mit richtiger Polarität erfolgen. Für größere Helligkeiten werden Mehrfachlampen mit zwei und drei Leuchtkörpern hergestellt.

2. Bogenlampen. Bei diesen Lampen erzeugt man zwischen zwei Elektrizitätsleitern (zumeist Kohlenstifte), die in einer gewissen Entfernung einander gegenüber stehen, einen Lichtbogen, der entweder allein oder gleichzeitig mit den Leitern leuchtet.

Bei Gleichstrom werden die Kohlenelektroden ungleich verzehrt, u. zw. die positive ungefähr doppelt so stark als die negative. Die positive Kohle bildet einen Krater und besorgt den größten Teil der Lichtausstrahlung. Im Krater wird eine Temperatur von etwa 4000° C entwickelt. Bei Wechselstrom treten an beiden Polen die gleichen Kraterbildungen auf; Innenreflektoren rufen geringe Abweichungen hervor. Um den Krater regelmäßig zu gestalten, wird der Kohlenstift in der Mitte mit einer etwas flüchtigeren Masse als die umgebende Kohle versehen. Diese Kohle heißt Dochtkohle. Während bei Wechselstromlampen beide Kohlen gedochtet gewählt werden, ist dies bei Gleichstromlampen nur für die positive Kohle der Fall; die negative Kohle wird homogen gewählt (Homogenkohle).

Nach der Lichtwirkung unterscheidet man:

a) Lampen, bei denen die Lichtwirkung durch die an der Anode auftretende Weißglut,

b) Lampen, bei denen sie durch den gefärbten Bogen unter Verdampfung des Anodenmateriales, und

c) Lampen, bei denen sie durch den leuchtenden Bogen unter Verdampfung des Kathodenmateriales erfolgt.

Zu a. Bei diesen Lampen wird nur Kohle verwendet. Die Lichtwirkung geht von der Anodenspitze aus. Der Bogen selbst ist nicht leuchtend; die Bogenlänge daher klein. Hierher gehören die gewöhnlichen Bogenlampen mit offenen Bogen (3–5 mm lang) und Reinkohlen sowie die Dauerbrandlampen, bei denen der Bogen in einer nahezu luftdicht schließenden Innenglocke brennt, dabei ist die Bogenlänge 10–12 mm.

Bei den meisten in Gebrauch stehenden Bogenlampen sind folgende Teile zu unterscheiden: α) die Kohlenhalter; β) die Vorrichtung, um die Kohlen, wenn der Strom geschlossen wird, in die richtige Lichtbogenlänge zu bringen und sie wieder zusammenzuführen oder zu nähern, wenn der Strom unterbrochen wird; γ) Vorrichtung zum Nachschub der Kohlen nach Maßgabe ihres Abbrandes und δ) das Lampengehäuse mit Glasglocke. Bei einzelnen Konstruktionen kommen hierzu noch Vorrichtungen, um den Lichtbogen an derselben Stelle zu halten, zum selbsttätigen Auswechseln der Kohlenstäbe und zum selbsttätigen Kurzschließen für Lampen in Reihenschaltung.

Zum Auseinanderführen der Kohlen bei Schließen des Stromes wird entweder ein Elektromagnet oder die Schwerkraft benutzt; im ersteren Falle besorgt das Berühren, oder[149] Nähern der Kohlen bei Stromunterbrechung eine Feder, im zweiten Falle ein im Nebenschluß zum Lichtbogen liegender Elektromagnet.

Der Nachschub der Kohlen erfolgt bei den meisten Lampenkonstruktionen auf elektromagnetischem Wege. Je nach der Schaltung der Regelungsspulen unterscheidet man Hauptstrom-, Nebenschluß- und Differentiallampen. Die Hauptstromlampe regelt auf Strom; sie kann nur einzeln oder in Parallelschaltung gebrannt werden, wird daher nur selten angewendet. Die Nebenschlußlampe reguliert auf Spannung, die Differentiallampe auf unveränderlichen Wert des Lichtbogenwiderstandes.

Die Nebenschlußbogenlampe ist in Abb. 28 schematisch dargestellt. Die Wickelung des Regelungsmagnets ist parallel zum Lichtbogen geschaltet.

Regulierungsvorgang:

Um die Achse A schwingt ein Laufwerkrahmen L, der ein zwischen Kohlenvorschub und Arretierung geschaltetes Räderwerk r₁, r₂ u.s.w. trägt.

M ist ein am Laufwerkrahmen aufgehängter Eisenstab, der von dem im Nebenschluß zum Lichtbogen liegenden Solenoid S beeinflußt wird.

F ist eine am entgegengesetzten Ende des Laufwerkes angreifende Zugfeder.

r₃ ist das Arretierrad, das bei ausgeschalteter Lampe mit einem seiner Zähne gegen einen auf der Grundplatte g befestigten Anschlag B aufruht (arretiert).

D₁ ist der Kohlenträger der oberen Kohle, dessen Gewicht ausreicht, um bei gelöster Arretierung das Räderwerk in Bewegung zu setzen und durch die Kette den unteren Kohlenträger D₂ mit der unteren Kohle zu heben.

H ist eine Luftdämpfung zur Abschwächung der momentanen Zugwirkung des Solenoids bei starken Stromstößen. N₁ und N₂ sind Stromzuführungsklemmen, K₁ und K₂ sind die Kohlenstäbe.

Die Kohlenspitzen dürfen sich bei ausgeschalteter Lampe nicht berühren, sondern müssen einen Abstand von 5–10 mm haben.

R ist ein in den Lampenstromkreis eingeschalteter Beruhigungswiderstand.

Durch das Zusammenwirken der Feder F, des Solenoides S und der Dämpfung H wird die Bildung des Lichtbogens bewirkt.

Die Schaltung der Differentialbogenlampe ist eine Kombination von Hauptstrom- und Nebenschlußlampe. Der mechanische Teil steht unter der Differenzwirkung zweier Magnete, von denen der mit dem Lichtbogen in Serie geschaltete Hauptstrommagnet den mechanischen Teil im lichtbogenbildenden Sinne beeinflußt, während der parallel zum Lichtbogen geschaltete Nebenschlußmagnet auf den mechanischen Teil im Sinne der Verkürzung des Lichtbogens wirkt.

Abb. 29 zeigt schematisch eine Differentialbogenlampe mit Laufwerkrahmen L, der um die Achsel A schwingt (wie bei der Nebenschlußbogenlampe) und mit Zahnradübersetzung zwischen Arretierrad und Kohlenvorschubvorrichtung.

Auch die übrige Anordnung ist die gleiche wie bei der Nebenschlußbogenlampe, nur daß noch das Hauptstromsolenoid S₁ nebst dem mit dem Laufwerkrahmen gekuppelten Eisenstab M₁ hinzutritt.

Bei stromdurchflossener Lampe sucht dieses Solenoid den Eisenkern M₁ nach aufwärts zu ziehen. Die hierbei auf den schwingenden Rahmen L ausgeübte Wirkung ist daher in ihrer Richtung derjenigen entgegengesetzt, die von dem im Nebenschluß zum Lichtbogen geschalteten Solenoid S₂ auf den Eisenkern M₂, bzw. auf den Laufwerkrahmen ausgeübt wird.

Die Feder F kann ganz fortfallen oder doch erheblich schwächer sein als bei der Nebenschlußbogenlampe. Sie dient, falls sie angewendet wird, nur dazu, die Lampenstromstärke bei der Einjustierung ohneweiters in kleinen Grenzen ändern zu können, ohne daß man genötigt ist, die Wickelung des Hauptstromsolenoides zu ändern.

Durch das Zusammenspiel der Solenoide, der Feder und der Dämpfung wird der Lichtbogen gebildet.

Nebenschluß- und Differentialbogenlampen können sowohl für Reihen- als auch Parallelschaltung verwendet werden. In der Regulierung ist die Differentiallampe der Nebenschlußlampe weit überlegen. Die Lampen erhalten, wie schon erwähnt, Vorschaltwiderstände (Beruhigungswiderstände). Bei Wechselstromlampen kann man statt der Vorschaltwiderstände auch Drosselspulen verwenden. Bei den gebräuchlichen Netzspannungen der Elektrizitätswerke werden zwei oder mehr Lampen hintereinander geschaltet. Wechselstrombogenlampen können mittels Reduktionstransformatoren auch einzeln angeschlossen werden. Zum Einschalten werden meist Anlaßwiderstände verwendet.[150]

Die Lichtstärken verstehen sich bei Lampen ohne Glasglocke, bei den Dauerbrandlampen ohne Außenglocken. Die Verluste durch Klarglasglocken betragen etwa 10%, durch Opal-Überfangglasglocken etwa 25%.

Die Konstruktionen der Bogenlampen sind ungemein verschieden. Jede größere Elektrizitätsfirma hat ihre besonderen Typen.

Die gewöhnliche Bogenlampe wird auch als Doppellampe hergestellt, sie erhält dann 2 Lampenmechanismen (Nebenschluß- oder Differentiallampen) in einem Gehäuse; die Lichtbogen sind nebeneinander angeordnet. Man kann die beiden Lampen hintereinander oder parallel schalten; im ersteren Falle müssen beide Lampen zugleich brennen, im zweiten Falle läßt sich die Anordnung so treffen, daß zuerst eine Lampe brennt und nach dem Abbrennen der Kohlenstäbe die zweite Lampe selbsttätig eingeschaltet wird.

Für indirekte Beleuchtung werden bei Gleichstromlampen die Kohlen meist umgedreht, d.h. es kommt die positive Kohle nach unten, so daß das Hauptlicht nach oben geworfen wird. Der Lichtbogen wird nach unten entweder durch Mattglas abgeblendet oder durch eine Blechverkleidung vollkommen verdeckt.

Zu b. Bei diesen Bogenlampen (Effekt- oder Flammenbogenlampen) werden Kohlen verwendet, denen als Anodenmaterial Metallsalze beigemengt sind. Der Lichtbogen dieser Lampen ist gefärbt und trägt neben der glühenden Anodenspitze zur Lichtausbeute wesentlich bei. Bei entsprechender Wahl der Metallsalze kann die Lichtausbeute auf das Doppelte gesteigert werden. Die Effekt- oder Flammenkohlen sind erheblich teurer als Reinkohlen. Bei dem Brennen der Lampen bilden sich ätzende Gase, weshalb die Lampen im allgemeinen nur für Außenbeleuchtung, für Innenbeleuchtung jedoch nur ausnahmsweise bei hohen, sehr gut ventilierten Räumen verwendet werden. Damit der Lampenmechanismus durch die Gase nicht angegriffen wird, ist dieser gegen den Brennraum vollkommen abgeschlossen. Im übrigen sind die Effektbogenlampen mit übereinander stehenden Kohlen hinsichtlich ihrer Einrichtung jener der gewöhnlichen Bogenlampen ziemlich ähnlich.

Bei den Intensiv-Flammenbogenlampen sind die Kohlenstifte unter einem spitzen Winkel mit nach unten gerichteten Brennenden angeordnet (s. Abb. 30).

Der Lichtbogen wird durch das magnetische Feld, das durch die Stromschleife Kohle-Lichtbogen-Kohle gebildet wird, nach unten geblasen und flammenartig ausgebreitet.

Dieses magnetische Feld kann durch einen Blasmagnet, dessen Wicklungen vom Lampenstrom durchflossen werden, nach Bedarf unterstützt oder geschwächt werden. Der Reguliermechanismus ist im Prinzip der gleiche wie bei den vorher angeführten Lampen; abweichend hiervon ist die Konstruktion der Aufhängung der Kohlenhalter, die so beschaffen sein muß, daß sie ein gleichzeitiges und gleichmäßiges Abwärtsbewegen der Kohlen bewirkt sowie die Vorrichtung zur Trennung der Kohlenspitzen. Auch für diese Lampengattung bestehen zahlreiche Bauarten. Um den Reguliermechanismus zu schonen, bringen einzelne Firmen ventilierte Aschenteller oder beschlagfreie Innenglocken an, wodurch die Glocke vom Beschlage frei gehalten wird. Die Innenglocke wird aus dioptrischem Glas hergestellt, um eine Ablenkung der Lichtstrahlen nach der Horizontalen hin zu erzielen. Im Interesse eines ruhigen Lichtes müssen die Kohlenstifte etwas schwächer gewählt werden als bei den Flammenbogenlampen, dementsprechend sind sie für gleiche Brenndauer länger zu halten.

Die Beck-Bogenlampen sind Intensiv-Flammenbogenlampen ohne Regelwerk. Sie werden für Gleich- und Wechselstrom gebaut. Die Lampen besitzen einen Mechanismus zur Zündung; der Kohlennachschub erfolgt durch das allmähliche Abbrennen der an einer Elektrode angebrachten Abbrennkante.

Die Anordnung der Kohlenstifte in geneigter Stellung nebeneinander wird bei den Intensiv-Reinkohlenlampen, Kugellampen, Bivoltalampen, Carbonelampen u.s.w. auch für Reinkohlen angewendet. Ihr Licht gestattet eine außerordentlich gute Unterscheidung der Farben. Die Lichtausbeute ist ungefähr die gleiche wie bei den gewöhnlichen Bogenlampen.

Für Gleichstrom werden diese Lampen mit 85–90 oder 70 Volt Lichtbogenspannung, bei Wechselstrom mit 75 oder 50 Volt einreguliert. Die Stromstärke ist 8–12 Ampere.

Zu c. Bei diesen Lampen wird das zu verdampfende Material als Kathode verwendet; das Kathodenmaterial liefert die gesamte Lichtwirkung.[151] Hierher sind zu zählen die Magnetit- und Quecksilberdampflampen. Von letzteren ist insbesondere die Quarzlampe hervorzuheben.

Die Quarzlampe ist eine Gleichstromlampe. Das Licht wird durch eine intensiv glühende Metalldampfsäule erzeugt, die zwischen zwei Elektroden aus Quecksilber in einem nur wenige Zentimeter langen Quarzrohr von Form, dem Brenner, gebildet wird.

Die Zündung des Brenners geschieht entweder von Hand durch Zug an einem Kettchen oder automatisch im Moment der Einschaltung vermittels einer in die Deckenrosette eingebauten elektromagnetischen Vorrichtung. Diese bildet das »Werk« der Quarzlampe, das nicht der Abnutzung unterliegt, weil es nur im Moment der Zündung in Tätigkeit ist.

Die Quarzlampen werden derzeit für Lichtstärken von 800 und 1500 HK bei Spannungen von 200 bis 240 Volt (Stromstärke 1¹/₂ und 2¹/₂ Ampere) und von 700 und 1200 HK bei Spannungen von 100 bis 120 Volt (Stromstärke 2¹/₂ und 4 Ampere) hergestellt.

Sie können für direkte, halbindirekte und ganz indirekte Beleuchtung eingerichtet werden.

Das Licht der Quarzlampe ist weiß mit einem Stich ins Grünliche; es enthält wenig rote Strahlen, so daß die Gesichtsfarben ein fahles Aussehen erhalten. Dort, wo es auf genaue Unterscheidung von Farbenunterschieden (z.B. bei Signalen) ankommt, ist die Quarzlampe wenig geeignet.

Literatur: O. Lehmann, Elektrizität und Licht, Einführung in die messende Elektrizitätslehre und Photometrie. Braunschweig 1895. – Lummer, Ziele der Leuchttechnik. München 1903. – Högner, Lichtstrahlung und Beleuchtung. Braunschweig 1907. – Strecker, Hilfsbuch für die Elektrotechnik. Berlin 1907. – Rasch, Das elektrische Bogenlicht. Braunschweig 1909. – Siemenrot, Die Entwicklung der elektrischen Beleuchtung. Berlin 1910. – Schillings Journal für Gasbeleuchtung. Braunschweig. – Scheithauer, Die Fabrikation der Mineralöle und des Paraffins. Braunschweig 1895. – Gentsch, Glühkörper für Gasglühlicht. 1899. – Castellani, Die Fabrikation der Glühnetze, deutsch von Baczewsky. Wien 1901. – Andés, Die Herstellung der Glühstrümpfe. Leipzig 1902. – Böhm, Das Gasglühlicht, seine Geschichte, Herstellung und Anwendung. Leipzig 1905. – Nöldcke, Vorkommen und Ursprung des Petroleums. Celle 1883. – Ragosin, Die rationelle Destillation und Verarbeitung von Erdölen. Leipzig 1899. – Pfeiffer, Das Gas als Leucht-, Heiz- und Kraftstoff. Weimar 1896. – Frenzel, Das Gas und seine moderne Anwendung. Wien 1902. – Caro, Ludwig und Vogel, Handbuch für Azetylen. Braunschweig 1904. – Picted, L'Acétylene. Basel 1896. – Azetylen in Wissenschaft und Industrie, Zeitschrift, Halle. – Strache, Das Wassergas, seine Herstellung und Verwendbarkeit. 1896. – Geitel, Das Wassergas und seine Verwendung in der Technik. Berlin 1900. – Wild und Wessel, 50 Jahre in der Lampenindustrie. Berlin 1894. – Gentsch, Das Gasglühlicht. Stuttgart 1895. – Scheithauer, Die Fabrikation der Mineralöle und des Paraffins sowie die Herstellung der Kerzen und des Ölgases. Braunschweig 1895. – Gentsch, Die Petroleumlampe und ihre Bestandteile. Berlin 1896. – Andés, Das Gasglühlicht. Leipzig 1902. – Böhm, Das Gasglühlicht. Leipzig 1905. – Zeidler, Die elektrischen Bogenlampen. Braunschweig 1905. – Strecker, Hilfsbuch für die Elektrotechnik. Berlin 1907. – Vogel, Die Metalldampflampen, mit besonderer Berücksichtigung der Quecksilberdampflampen. Leipzig 1907. – Ahrens, Das hängende Gasglühlicht. München 1908. – Rziha und Seidener, Starkstromtechnik. Taschenbuch für Elektrotechniker. Berlin 1909. – Remané, Die Osramlampe und ihre Anwendung. Zürich 1910.

Scheichl; Wietz.

Abb. 22.

Abb. 23.

Abb. 24.

Abb. 25.

Abb. 26.

Abb. 27.

Abb. 28.

Abb. 29.

Abb. 30.