Titel: Vohwinkel's elektrische Beleuchtung mittels Batterien.
Autor: Vohwinkel, E.
Fundstelle: 1885, Band 256 (S. 23–26)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj256/ar256010

Elektrische Beleuchtung mittels Batterien; von E. Vohwinkel, Chemiker in Wien.

Im Anschlusse an die in Bd. 255 S. 431 aufgeführten Verbrauchsergebnisse der für mein neues Element verwendeten Materialien möge zunächst eine Gegenüberstellung dieser Ziffern mit den von der Theorie geforderten Verbrauchsmengen Platz finden.

Ein Stunden-Ampère entwickelt 0g,3 Sauerstoff, entsprechend 1g,85 Kaliumbichromat und 1g,23 Zink. Thatsächlich wurden aber für diese Stromeinheit 2g,44 des Kalisalzes und 2g,17 des Metalles verbraucht, d.h. es ergibt sich der bedeutende Mehrverbrauch von 0,59 bezieh. 0g,94, welcher für die Strombildung verloren erscheint. Hierfür muſs die Erklärung zunächst in dem bedeutenden endosmotischen Aequivalent der Chrom säure, wenn die Batterie auſser Thätigkeit ist, dann in der elektrischen Endosmose bei durchgehendem Strome und der darauf erfolgenden Oxydation des Zinkes unter gleichzeitiger Reduction der Chromsäure zu Chromoxyd gefunden werden. Obige 0g,59 des Bichromates enthalten 0g,4 Chromsäure, welche 0g,39 Zink bei Gegenwart von Schwefelsäure in Sulfat verwandeln. Der weitere Ausfall von stündlich 0g,55 Zink für 1 Ampère ist dann auf Rechnung ungenügender Amalgamation zu |24| setzen. Soll nach dieser Richtung hin gespart werden, so muſs man der Diffusion der Chromsäure während der Ruhe des Elementes durch Entfernung der einen der beiden Batterieflüssigkeiten vorbeugen.

In vereinzelten Fällen habe ich, wenn eine frisch gefüllte Batterie einige Zeit unbenutzt gestanden, an dem einen oder anderen Elemente einen starken Geruch nach Ozon wahrnehmen können. Diese seltene Erscheinung kann ich indeſs als eine in Rechnung zu ziehende Verlustquelle für den Sauerstoff des Chromsalzes nicht betrachten.

Wer es unternimmt, Bogen- oder Glühlichter mit einer vorhandenen Batterie zu speisen, sieht sich der leidigsten Empirie überantwortet, wenn die für den gegebenen Strom mögliche Anzahl dieser Lampen in Frage kommt. Jemand glaubt z.B. mit einer Batterie von 20 Volt und 10 Ampère eine 20 Volt-Lampe speisen zu können, sieht sich darin aber getäuscht. In einem anderen Falle wird eine Anfrage an einen hervorragenden Maschinen-Elektriker, wie viel Edison-A- (16 Kerzen-) Lampen mit einer Batterie von 110 Volt und 20 Ampère unterhalten werden können, dahin beantwortet, daſs 28 bis 30 dieser Lampen möglich seien. Es ist dies ein noch gröſserer Irrthum, als wenn man glauben würde, ein Bogenlicht von 50 Volt Spannung an den Polen und 8 Ampère Verbrauch mit einer Batterie von eben diesen elektrischen Factoren betreiben zu können.

Die für diese und ähnliche Zusammenstellungen behufs elektrischer Beleuchtung zur Anwendung kommenden Hauptsätze lauten: Die Vertheilung der Spannung in einem gegebenen elektrischen Stromkreise erfolgt im Verhältnisse der in diesem Kreise enthaltenen Widerstände; insbesondere für die Nutzleistung ist die in einem elektrischen Stromkreise stattfindende Wärmeausgabe den in diesem Kreise vorhandenen Widerständen proportional.

Ist die Spannung der Batterie bekannt, so muſs also zunächst der Widerstand der letzteren – wofür man am besten einen mittleren Werth annimmt – sowie der Widerstand der einzuschaltenden Lampe festgestellt werden. Die Leitung zwischen Batterie und Lampe sollte man nach Material und Querschnitt so wählen, daſs sie einen merklichen Widerstand nicht bietet. Wäre nun z.B. bei einer zur Speisung einer 20 Volt-Lampe bestimmten Batterie von 20 Volt und 10 Ampère der Widerstand der Lampe 11,5 Ohm (20 Volt : 1¾ Ampère), jener der Elektricitätsquelle aber 2 Ohm (20 Volt: 10 Ampère), so fände die Verkeilung der gegebenen 20 Volt so statt, daſs 20 : 13½ × 11½ = 17 Volt auf die Lampe und 20 : 13 ½ × 2 = 3 Volt auf die Batterie entfielen. Jene 17 Volt wären daher durch eine etwa 4 Volt betragende Verstärkung der Stromquelle auf 20 Volt zu ergänzen. Man hätte dann 24 Volt : 10 Ampère = 2,4 Ohm Widerstand in der Batterie, wonach die Wärmeentwickelung in derselben mit (2,4:13,9), in der Lampe aber mit (11,5 : 13,9) erfolgen würde 5 die Nutzleistung in diesem Stromkreise ist daher eine sehr hohe, ungefähr ⅚.

Wird eine Bogenlampe von 48 bis 50 Volt Spannung an den Polen und 8 Ampère Stromverbrauch, also von 6 Ohm Widerstand, für einen Betrieb angenommen, so muſs, wenn der mittlere Batterie widerstand ebenfalls 6 Ohm, die Spannung des Rheomotors 100 Volt betragen; die Stromstärke ist also (100 : 6) =16⅔ Ampère. Bei Einschaltung der Lampe hat man dann = 100 : (6 + 6) = 8⅓ Ampère Verbrauch für dieselbe. Wäre der Widerstand der Batterie aber nur 4 Ohm, so würden (10 × 50) : 6 = 83⅓ Volt Spannung für dieselbe genügen. Die Stromstärke würde dann ebenfalls 83⅓ : (4 + 6) = 8⅓ Ampère sein.

|25|

Im ersteren Falle ist die Wärmeentwickelung in Batterie und Lampe gleich groſs; im letzteren verhält sich dieselbe wie 2 : 3.

Zu den Bogenlampen mit obigen elektrischen Constanten gehören die Constructionen von Siemens, Krizik u.a. Die Bogenlampe von Brush zeigt dagegen die Gröſsen 45 Volt, 4,5 Ohm, 10 Ampère. Eine Batterie von 100 Volt und 6 Ohm Widerstand würde den Polen dieser Lampe nur die ungenügende Spannung von (4,5 × 100) : 10,5 = 426/7 Volt zuführen. Erstere würde also nicht nur schlecht brennen, sondern es wäre auch die Wärmeausgabe im Rheomotor im Verhältnisse von 6 : 4,5 gröſser als in der Lampe. Derartig ungünstige Verhältnisse sind aber natürlich zu vermeiden. Für die Brush-Lampe müſste also eine andere Schaltung der Batterie oder eine Vergröſserung der Elemente derselben eintreten, damit der innere Widerstand höchstens demjenigen der Lampe gleich würde. Dieselbe Gröſse des Widerstandes in Batterie und schlechtem Leiter (hier die Lampe) bedingt bekanntlich die gröſste Stromstärke der Batterie sowie die stärkste Wärmeentwickelung.

Will man wissen, wie viel Glühlichter eine Batterie von bestimmter Stärke zu speisen vermag, so kann man sich der folgenden von mir aufgestellten Formel bedienen:

wobei E = Spannung der Batterie,
n = Zahl der Elemente,
w = Widerstand eines Elementes,
W = bekannter Widerstand einer Lampe,
i = ebenfalls bekannter Stromverbrauch einer Lampe.

Man habe z.B. eine Batterie von 60 hinter einander geschalteten Elementen, welche zur Speisung von 20-Kerzen-Swanlampen, mit den Constanten 56 Volt, 46 Ohm und 1,2 Ampère dienen soll; es ist dann (60 × 2) : [60 × 0,1 + (46 : x)] = 1,2 x, woraus x = 9 Lampen zu 20 Kerzen.

In Worten ausgedrückt lautet diese Formel: Man subtrahirt die Spannung einer Lampe von der Spannung der Batterie und dividirt mit dem Producte aus Ampère einer Lampe und Widerstand der Batterie. Die Factoren der Gleichung müssen natürlich so beschaffen sein, daſs der erhaltene Quotient x wenigstens = 1, d. i. 1 Lampe ist.

Bei Edison-A- (16-Kerzen-) Lampen (Constanten = 100 Volt, 0,7 Ampère, 145 Ohm) würde x in obiger Gleichung 5 als die zulässige Lampenzahl ergeben; bei Greiner und Friedrich'schen 15-Kerzen-Lampen (Constanten = 40 Volt, 1¼ Ampère, 32 Ohm) 10 Lampen. Der Stromverbrauch ist bei 9 Swanlampen (180 Kerzen) = 11, bei 5 Edisonlampen (80 Kerzen) = 3½ und bei 11 Greiner und Friedrich-Lampen (165 Kerzen) = 13¾ Ampère.

Die nachstehende Tabelle gibt eine Zusammenstellung der elektrischen Verhältnisse für die angeführten Lampensysteme, bei Anwendung der Batterie von 120 Volt, 20 Ampère, 6 Ohm:


Anzahl und Lichtstärke
der Lampen

Stromstärke
Ampère
Voltampère in
für 1 Kerzen-
Lichtstärke
Verhältnis der
Wärmeent-
wicklung in Bat-
terie u. Lampen
den
Lampen
der
Batterie
Ge-
sammt
9 Swan = 180
5 Edison A = 80
11 Greiner = 165
Kerzen 10,8
3,5
13,75
605
350
550
691
70
1100
1296
420
1650
7,2
5,25
10,0
6 : 5,2
6 : 30
6 : 3

Wie ersichtlich, würde die letzte Combination (11 Lampen von Greiner und Friedrich) einen sehr schlechten ökonomischen Erfolg liefern; von der erhaltenen Wärme würden ⅔ in der Batterie verbraucht. Man hätte daher eine andere Schaltung der Batterie zu wählen, welche einen Widerstand liefert, der demjenigen der Lampen möglichst gleich ist; es gäben z.B. 40 Elemente paarweise und die restlichen 20 Elemente hinter einander geschaltet 80 Volt, 30 Ampère, 2⅔ Ohm; mögliche Lampenanzahl dann 12, das Schema:

|26|

Stromstärke
Ampère
Voltampère in
für 1 Kerzen-
Lichtstärke
Verhältnis der
Wärmeent-
wicklung in Bat-
terie u. Lampen
den
Lampen
der
Batterie
Ge-
sammt
12 Greiner = 180
Kerzen

15

600

600

1200

6,66

6 : 6

Diese Anordnung würde also zugleich die gröſste Stromstärke und stärkste Wärmeausgabe der Batterie liefern.

Aus den vorstehenden Auseinandersetzungen erhellt zur Genüge die groſse Wichtigkeit, welche bei elektrischen Beleuchtungen dem geringen inneren Widerstände der verwendeten Batterie beigemessen werden muſs. Neben hoher elektromotorischer Kraft und andauerndem Strom ist dies der wichtigste Umstand. Ein entsprechend niedriges Maſs desselben ermöglicht bei Bogenlampen eine mehr oder weniger bedeutende Herabsetzung der Elementenzahl, bei Glühlichtern die Einschaltung einer gröſseren Anzahl derselben. Hierzu kommt noch die erzielte höhere Nutzleistung, da nur ein geringer Theil der entwickelten Wärme in der Batterie verbleibt.

Diese Umstände haben den Verfasser veranlaſst, seinen Elementen neben der richtigen Wahl gut leitender Batterieflüssigkeiten – bei geringerem Querschnitte derselben – eine bedeutende Gröſse zu geben. Die Form von 52cm Höhe zeigt bei 50 Ampère Stromstärke nur noch den inneren Widerstand von 0,04 Ohm. Einer weiteren Vergröſserung steht nichts im Wege. Thonzellen von groſser Porosität sind dem Zwecke ebenfalls dienlich, wie es andererseits vermieden werden muſs, die Elemente in Räumen unterzubringen, deren Temperatur nicht wenigstens + 8° ist.

Wien, März 1885.

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