Titel: REMANÉ: Die Osram-Halbwattlampe.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1914, Band 329 (S. 53–56)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj329/ar329013

Die Osram-Halbwattlampe.

Von H. Remané.

Inhaltsübersicht.

Nach Beschreibung früherer Versuche, die Wirtschaftlichkeit der Glühlampen zu erhöhen, werden die der neuen Halbwattlampe zu Grunde liegenden Prinzipien erläutert. Es folgt dann eine Besprechung der lichttechnischen Eigenschaften, sowie der Anwendungsgebiete.

In der elektrischen Glühlampe wird elektrische Energie in strahlende Energie umgewandelt und der sichtbare Teil dieser Strahlung, d.h. die Lichtstrahlung ist um so größer, zu je höherer Temperatur die Erwärmung des Glühkörpers gesteigert wird. Die aufgewendete elektrische Energie (Watt) wird für die Lichterzeugung um so besser ausgenutzt, je höher der Leuchtkörper erhitzt wird oder mit andern Worten: Die Wattzahl pro erzeugte Kerzenstärke sinkt mit Erhöhung der Temperatur.

Der Erhöhung der Temperatur werden aber Grenzen gezogen durch die Verdampfung oder Zerstäubung des Glühkörpermaterials. Diese Zerstäubung steigt sehr rasch mit der Temperatur und bewirkt nicht nur schließlich ein Durchbrennen der Lampe, sondern sie ruft schon vorher eine Schwärzung des Glühlampenglases hervor. Die losgerissenen Materialteilchen werden gegen die Wandungen der Lampe geschleudert und bilden dort einen schwarzen Niederschlag, der einen Teil des ausgestrahlten Lichtes absorbiert. Beträgt die hierdurch hervorgerufene Lichtabnahme 20 v. H. der Anfangslichtstärke, so gilt die Lampe als ausgebrannt. Die Brenndauer einer Lampe ist also diejenige Anzahl von Stunden, während welcher sie 20 v. H. ihres Lichtes verlören hat.

Aus obigen Gründen war von Anfang an das Bestreben der Glühlampentechniker darauf gerichtet, die Zerstäubung einzuschränken, um die Temperatur des Glühfadens zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit steigern zu können.

Edisons Glühlampe brauchte zunächst (1879) etwa 4,5 Watt pro Kerze. Aber schon bis Mitte der 80er Jahre kam er so weit, den Verbrauch auf 4 Watt pro HK zu reduzieren.

Ende der 80 er Jahre gelang es dann, Lampen mit einem Verbrauch von 3,5 bis 3 Watt pro HK herzustellen, Dieser Fortschritt wurde erzielt durch Ueberziehen des bis dahin verwendeten Rohkohlefadens mit einer Schicht graphitartiger Kohle. Das Ueberziehen erfolgte, indem der rohe Kohlefaden in einer Atmosphäre von Kohlenwasserstoffen, z.B. Dämpfen von Benzol durch den elektrischen Strom erhitzt wurde. Bei der Temperatur des glühenden Fadens wurde der Kohlenwasserstoff zersetzt und der Kohlenstoff desselben schlug sich in fein verteilter, graphitartiger Form auf. dem Faden nieder. Als Ausgangsmaterial für die Herstellung des Rohkohlefadens wurde jetzt strukturlose Zellulose verwendet. Ein weiterer Fortschritt bezüglich der Wirtschaftlichkeit der Kohlefadenlampe wurde erst 1903 wieder herbeigeführt durch Howell, dem es gelang, durch ein besonderes Karbonisierungsverfahren den spezifischen Effektverbrauch auf 2,5 Watt pro HK herunter zu setzen. Jedoch erst mit der Einführung von Glühkörpern aus schwer schmelzbaren Metallen wie Osmium, Tantal und Wolfram wurde die Wirtschaftlichkeit der Glühlampen bedeutend gehoben. Unter Verwendung der schwer schmelzbaren Metalle, Osmium und Tantal, konnte man nun die Temperatur des Glühkörpers so steigern, daß sich ein Verbrauch von 1,5 Watt pro HK ergab, und mit Einführung des Wolframs ermäßigte sich dieser Betrag auf 1 Watt pro HK. Hierbei war die Lebensdauer der Lampen wesentlich größer als die der Kohlefadenlampe.

Die bisher hier angegebenen Verbesserungen erstreckten sich auf das Material des Glühkörpers bzw. seine Verarbeitung. Es sind aber auch andere Mittel zur Verhütung der Zerstäubung mehr oder weniger erfolgreich versucht worden. So versuchte man die Gasreste in den Lampen, die trotz des sorgfältigen Auspumpens immer vorhanden sind, und die meist positiver Natur (z.B. Wasserstoff) sind, durch Gasreste elektronegativer Natur, wie Salzsäure, Brom usw. zu ersetzen; in einem elektro-negativen Gase ist nämlich die Zerstäubung geringer. Solche elektronegativen Gasreste von geringem Druck halten sich jedoch nicht dauernd in der Glühlampe; sie sind vielmehr in ganz kurzer Zeit absorbiert, so daß auch mit diesem Vorschlage nichts erreicht wurde.

Erst im Jahre 1909 gelang es, den Gedanken, die Zerstäubung mit Hilfe der elektronegativen Gase zu vermeiden, zum Erfolg zu führen, indem man die Gase aus Stoffen, die sich während des Brennens der Lampe ganz allmählich in geringem Maße zersetzen, sich dauernd entwickeln ließ. Hierdurch wird der Eigenart der Gase, rasch zu verschwinden, mit Erfolg entgegengearbeitet, und man konnte auf diese Weise Lampen mit einem Verbrauch von nur etwa 0,8 Watt für die Kerze herstellen. Allerdings ist dies nur bei großen Lichtstärken von etwa 200 Kerzen an möglich, während das Mittel bei Lampen von geringerer Lichtstärke versagt, da sehr dünne Drähte von den Gasen verhältnismäßig zu stark angegriffen werden.

Nun hat man festgestellt, daß die Zerstäubung im Vakuum größer ist, als wenn der Leuchtfaden sich unter einem gewissen Druck befindet. Schon zu Zeiten der Kohlefadenlampe ist deshalb versucht worden, die Zerstäubung dadurch zu vermindern, daß man das Vakuum der Glühlampen durch Füllung mit einem inerten Gase ersetzte. Hierzu wurden benutzt: Stickstoff, Argon, Quecksilberdampf oder Gemische dieser Gase bzw. Dämpfe. Das Gas befand sich in der Lampe unter einem gewissen Druck, und durch diesen Druck sollte die Zerstäubung der Kohle verhindert werden.

Der Erfolg war negativ; denn die Wärmeverluste des Glühfadens, hervorgerufen durch die starke Wärmeableitung der Gase oder Dämpfe, verschlechterten den |54| Wirkungsgrad der Glühlampe ganz erheblich, anstatt ihn zu verbessern.

Um in einer Stickstoffüllung einen für Vakuumlampen hergestellten Glühkörper zu derselben Glut zu bringen, die er im Vakuum besitzen würde, mußte die mehrfache Energie aufgewendet werden. Also die Füllung mit einem inerten Gas verschlechtert den Wirkungsgrad der normalen Lampe wesentlich. Nichtsdestoweniger hat sich ein Weg gefunden, einen Erfolg herbeizuführen. Bei den Vakuumlampen ist nämlich bei gleicher Temperatur des Leuchtkörpers der spezifische Wattverbrauch unabhängig von der Stärke und der Gestaltung des Leuchtkörpers. Anders aber liegen die Verhältnisse bei den Lampen mit Gasfüllung. Langmuir hat die diesbezüglichen Verhältnisse besonders für Wolfram genauer untersucht und zahlenmäßig festgelegt. Die Resultate seiner Untersuchungen betreffend Wolfram in Stickstoff zeigt die Tabelle.

Absolute
Tempe-
ratur

Im Va-
kuum

Durchmesser in mm
0,025 0,050 0,125 0,25 0,5 1,25 2,5
Spezifischer Wattverbrauch
2400° 1,00 4,80 3,13 2,02 1,59 1,35 1,18 1,11
2600° 0,63 2,53 1,71 1,14 0,93 0,81 0,72 0,69
2800° 0,45 1,54 1,07 0,74 0,62 0,53 0,50 0,49
3000° 0,33 1,00 0,71 0,50 0,43 0,39 0,36 0,35
3200° 0,26 0,70 0,51 0,37 0,33 0,30 0,28 0,27
3400° 0,21 0,52 0,39 0,30 0,26 0,24 0,23 0,22
3540° 0,20 0,45 0,34 0,27 0,24 0,22 0,21 0,21

Es ist aus derselben ersichtlich, daß sowohl mit der Temperatur wie mit dem Drahtdurchmesser der Unterschied des Wattverbrauchs für die Kerze in Stickstoff gegenüber demjenigen in Vakuum abnimmt. Man kann dies auf folgende Weise erklären:

Der Leuchtkörper gibt Wärme an die umgebende Gasschicht ab; diese heiße Schicht erhitzt wieder die nächste Schicht, und auf diese Weise wird die Wärme weitergeführt. Man kann sich nun anstatt einer Reihe übereinander liegender Schichten des ableitenden Gases eine einzige Durchschnittsschicht denken, die auf eine bestimmte Temperatur gebracht wird. Diese Schicht kann nur eine gewisse Menge von Wärme abführen, und wenn es gelingt, die Wärmeableitung dieser Schicht zu verringern, so wird der gesamte Wärmeverlust des Fadens vermindert. Es hat sich nun herausgestellt, daß diese hypothetische Schicht einen Durchmesser von ungefähr der Größenordnung eines Millimeters hat. Ist der Leuchtkörper lang und dünn, wie dies bisher allgemein üblich war, so wird von der umgebenden Schicht auf der ganzen Länge des langgestreckten Leuchtkörpers Wärme abgeführt. Ist dagegen der Draht des Leuchtkörpers kurz und dick, so ist trotz gleicher strahlender Oberfläche des Leuchtkörpers selbst die ableitende Oberfläche der umhüllenden, hypothetischen Schicht wesentlich kleiner als bei einem langen dünnen Draht. Man müßte also außerordentlich dicke Drähte verwenden, wenn man trotz Füllung mit einem inerten Gase eine ökonomische Glühlampe erhalten wollte.

Man kann jedoch, in bezug auf die hier in Betracht kommende Wirkung, einen dicken Draht durch eine eng gewickelte Spirale von dünnem Draht gewissermaßen imitieren, und man erzielt tatsächlich ungefähr die gleiche Wirkung, wenn man den Leuchtdraht zu einer engen Spirale aufwickelt. Die Spirale verhält sich dann annähernd ebenso, wie ein dicker, massiver Draht von gleichem Durchmesser. Hiermit sind die beiden Hauptmerkmale der neuen Lampe gekennzeichnet.

Dieselben bestehen in der Kombination der Füllung mit einem inerten Gase, mit der Imitation eines dicken Drahtes durch passende Anordnung eines dünnen Drahtes z.B. durch die Aufwicklung des Leuchtdrahtes in Form einer engen Spirale. Der Druck in der Lampe wird ungefähr in Höhe der Atmosphäre bemessen bei brennender Lampe. Schon bei diesem geringen Druck wird die Zerstäubung ganz erheblich vermindert, so daß man die Temperatur wesentlich erhöhen kann.

Wenn der Gewinn durch die bei Gasfüllung zulässige höhere Temperatur des Leuchtkörpers höher ist, als die Verluste durch Wärmeableitung des Gases, so ist es möglich, nach diesem Prinzip Lampen von geringem Wattverbrauch herzustellen.

Die Versuche haben bewiesen, daß man tatsächlich in der Lage ist, bei bestimmten Anordnungen mehr zu gewinnen als zu verlieren, also per saldo zu gewinnen.

Das Resultat ist die ½-Watt-Lampe. Bei diesen neuen Halbwattlampen tritt eine frühzeitige und übermäßige Zerstäubung des Glühkörpermaterials nicht ein. Ganz zu vermeiden ist sie natürlich nicht. Sichtbar wird sie im übrigen nur an dem oberen Teile der Lampe nahe am Lampenhals, während der größte Teil der Glocke freibleibt. Dies wird bewirkt durch den Gasauftrieb innerhalb der Lampenglocke. Der aufsteigende Gasstrom reißt die losgelösten Teilchen mit sich nach oben und lagert sie im oberen Teil der Lampe ab. Für die Lichtausbeute der Lampe ist diese Schwärzung daher nur von untergeordneter Bedeutung.

Textabbildung Bd. 329, S. 54

Die Anordnung des Leuchtfadens sowie die äußere Form der Lampe zeigt Abb. 1.

Man hat nun der Lampe den langen Hals gegeben, um den Fuß von dem heißesten Teile der Lampe möglichst entfernt zu halten.

Da die neue Lampe vorerst nur in großen Einheiten hergestellt wird, tritt sie mit den andern bisherigen Starklichtquellen dem Intensivgaslicht sowie mit dem elektrischen Bogenlicht in Wettbewerb. Man hat sich deshalb entschlossen, bei den Halbwattlampen die Lichtstärke in |55| derselben Weise zu messen, wie dies bei den genannten Starklichtquellen der Fall gewesen ist. Man bezeichnet also als die Lichtstärke der Halbwattlampe die mittlere, untere hemisphärische Lichtstärke derselben, und zwar in betriebsmäßiger Armatur mit Klarglasglocke, jedoch ohne Außenreflektor.

Textabbildung Bd. 329, S. 55
Textabbildung Bd. 329, S. 55

Durch Wahl geeigneter Reflektoren und sonstiger Beleuchtungskörper wird die Lampe geeignet sein, allen an sie herantretenden Aufgaben zu entsprechen. Die Beleuchtung von Innenräumen aller Art wird mit ihrer Einführung restlos der Glühlampe zufallen. Ist doch die neue Lampe, abgesehen von ihren sonstigen Vorteilen, die geborene Lichtquelle für indirekte und halbindirekte Beleuchtung. Es ist anzunehmen, daß diese Beleuchtungsart zum Wohle unserer Augen jetzt noch viel mehr als früher Anwendung finden wird.

Bei direkter Beleuchtung von Innenräumen oder dort, wo die Lampen sehr niedrig brennen müssen, wird man lichtzerstreuende Ueberglocken in Anwendung bringen müssen, da die Lichtquellen infolge der gedrängten Anordnung des Leuchtkörpers einen hohen Glanz besitzen. Man kommt aber sehr gut mit Gläsern aus, die das Licht nur in geringem Maße absorbieren. Meist genügen Gläser mit einer Absorption von etwa 7½ v. H.

Textabbildung Bd. 329, S. 55
Textabbildung Bd. 329, S. 55

Es ist bisher nur möglich gewesen, die Halbwatt-Lampen für die gebräuchliche Netzspannung von 110 bzw. 220 Volt in verhältnismäßig großen Einheiten herzustellen. Die Osram-Halbwatt-Lampe wird heute für folgende Kerzenstärken und Spannungen geliefert:

Ungef. Verbrauch
Watt
Ungef. Lichtstärke
HK
Spannungen
Volt
300 600 50–65
500 1000 50–130
1000 2000 100–260
1500 3000 100–260
|56|

Die Lichtverteilung der neuen Lampe weicht von derjenigen der bisherigen Lampe infolge der geänderten Anordnung des Leuchtkörpers ab. Abb. 2 zeigt die Polarkurve der Lichtverteilung für eine Lampe von 1000 Watt ohne Armatur. Der Unterschied der Kurvenform prägt sich auch in dem Verhältnis der mittleren räumlichen Lichtstärke zur mittleren wagerechten Lichtstärke aus. Bei den bisherigen Glühlampen betrug dieses Verhältnis etwa 0,8, bei den Halbwatt-Lampen ist es etwa 0,9. Durch Anwendung einer Armatur wird die Lichtkurve natürlich wesentlich verändert, da die nach oben gehenden Lichtstrahlen nunmehr durch die Wirkung des Reflektors nach unten geworfen werden (Abb. 3).

Textabbildung Bd. 329, S. 56

In Abb. 4 ist der Einfluß eines hinzugefügten Außenreflektors und in Abb. 5 die ausgleichende Wirkung einer Opal-Ueberglocke deutlich zu erkennen. Selbstverständlich sind solche Kurven durchaus nichts feststehendes. Die Reflektoren müssen vielmehr den jeweiligen Verhältnissen angepaßt werden. So wird man, wenn es sich um die intensive Beleuchtung kleinerer Flächen handelt, Reflektoren verwenden, die das Licht auf diese kleinen Flächen konzentrieren. Hierfür würde eine Kurvenform in Betracht kommen, wie sie in Abb. 6 dargestellt ist. Für Straßenbeleuchtung mit großem Lampenabstand würde dagegen die nächste Kurve (Abb. 7) besser geeignet sein.

Zu erwähnen ist noch ein besonderes Anwendungsgebiet der neuen Lampe. Es sind dies die Projektionsapparate. Jeder, der gezwungen ist, solche Apparate zu benutzen, weiß, mit welchen Unzuträglichkeiten die Bedienung und Einstellung der Bogenlampe verknüpft ist. Wendet man an ihrer Stelle eine Glühlampe an, so genügt es, wenn man nur ein einziges Mal die Einstellung der Lampe auf den richtigen Lichtpunkt vornimmt. Man hat dann jederzeit ein optisch richtig zentriertes System, und der Apparat ist unter allen Umständen, stets sofort gebrauchsfertig.

Textabbildung Bd. 329, S. 56

Die Frage, ob es in absehbarer Zeit möglich sein wird, nach dem neuen Prinzip auch Lampen niederer Kerzenzahl für die gebräuchlichen Netzspannungen herzustellen, ist vielfach ventiliert worden. Die Hauptschwierigkeit bei der Lösung dieser Frage liegt jedoch im Prinzip der Lampe selbst, bei dem gerade die Dimensionsfragen eine so große Rolle spielen. Es ist um so schwieriger, das Prinzip anzuwenden, je kleiner die Dimensionen werden. Anderseits sollte man nicht übersehen, daß man erst am Anfang einer neuen Entwicklung steht, und daß gerade in der Glühlampentechnik manches geglückt ist, was man kurze Zeit vorher noch für sehr schwierig, wenn nicht gar unmöglich gehalten hat.

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