Miniatur-Bibliothek. Heft Nr. 221. Erfindungen und Entdeckungen. Die Nernstlampe. Verbesserte und vermehrte Auflage. Verlag für Kunst und Wissenschaft. Albert Otto Paul. Leipzig. (c. 1905) 47 pp.

Die Nernstlampe.

Vorwort.

"Fortschritt", das ist die Losung unserer Tage, das Panier, unter dem wir marschieren - Fortschritt allerenden. Namentlich auf technischem Gebiete hat unsere Zeit unerhörte Triumphe gefeiert, Erfolge davongetragen, wie sie vorher unmöglich schienen. Ja, von Punkt zu Punkt geht es uns noch ebenso, daß wir heute als Utopie ansehen, was morgen schon erreicht ist. Man hat die Verständigung durch den gesprochenen Laut auf weite Fernen für eine Jules Verne'sche Phantasie gehalten, bis das Telephon die Erfüllung brachte. Man hat das Wort, durch ein Brett hindurchzusehen, nur spöttisch angewandt, bis uns die Röntgenstrahlen in der Tat die Möglichkeit gaben, Geldstücke im Portemonnaie zu unterscheiden, das Innere des lebenden menschlichen Körpers ohne Verletzung seiner Wände zu durchforschen. Man hat die Drahtleitung für den wichtigsten Teil der elektrischen Telegraphie gehalten, bis die Funkentelegraphie uns bewies, daß dieser Draht unter Umständen entbehrt werden kann.

Nicht mit Unrecht hat man unsere Zeit das technische Zeitalter genannt, denn auf diesem Gebiete wachsen unsere Lorbeeren. Unter allen technischen Gebieten aber ist wieder ein besonderes, auf dem unsere Tage in erster Linie des Wichtigen und Neuen eine große Fülle geschaffen haben; es ist dies das Beleuchtungswesen.

Welche Kluft zwischen dem glimmenden Kienspan, der qualmenden Öllampe und dem elektrischen Scheinwerfer, der mit unerhörter Leuchtkraft den Nebel durchdringt, um den Schiffen den Weg zu weisen. Diese Kluft wird überbrückt durch zahlreiche Stationen - Fortschritte auf dem Gebiete der künstlichen Beleuchtung. Wenn die alten Kulturvölker eine Sage erzählten, wonach Prometheus den Göttern die köstlichste, den Menschen vorenthaltene Gabe, das Feuer, geraubt habe, so zeigt das am besten, wie hoch die prasselnde Flamme geschätzt wurde. Zuerst hat der Mensch an ihr sicherlich nur die frierenden Glieder gewärmt, dann Speisen mit Feuershilfe bereitet, aber bald lernte er einsehen, daß die Flamme auch die Dunkelheit der Nacht verscheuchte, daß sie es ermöglichte, nahe gelegene Gegenstände zu sehen, obschon die Sonne nicht leuchtete. Und von da ist es nur ein Schritt, daß der Mensch einen lodernden Span vom Feuer reißt, wenn er eintritt in die Vorratshöhle oder die Schlafhütte - die künstliche Beleuchtung war erfunden.

Mit dem Aufstreben der Menschheit Hand in Hand  gingen auch die Versuche, die künstliche Beleuchtung zu verbessern; so haben sich schon die allerältesten Kulturvölkern mit der Gewinnung von Leuchtmaterialien und mit der Konstruktion von Beleuchtungsvorrichtungen beschäftigt, um für das während der Dunkelheit mangelnde Tageslicht nach Möglichkeit Ersatz zu schaffen.

Wer sich über die moderne Beleuchtung unterrichten will, findet alles allgemein Interessierende in den Heften 176 - 178 unserer Bibliothek "Moderne Beleuchtung". Es sind dort in den ersten beiden Heften die festen Beleuchtungsstoffe (Kerzen aus Talg, Stearin, Paraffin und Wachs), die flüssigen Leuchtmaterialien (Lampen mit Öl, Petroleum, Spiritus, Benzin und Gasolin) sowie die Beleuchtungsgase (Steinkohlengas, Ölgas, Wassergas, Azetylen) berücksichtigt, während das letzte Heft ausschließlich von der elektrischen Beleuchtung handelt.

Ferner enthält die Miniatur-Bibliothek einige Hefte, in denen besondere interessante Beleuchtungssysteme für sich behandelt sind, so Nr. 234 "Azetylen", Nr. 265 "Teslalicht, Mooresche Beleuchtung, Preßgas und Luftgas" sowie Nr. 434 "Auers elektrische Osmiumlampe und Bremers Bogenlampe". Demnächst wird voraussichtlich ein weiteres hierhergehöriges Heft erscheinen, das die Tantallampe und die Zirkonlampe würdigt.

Das vorliegende Heft, welches die Nernstlampe zum Gegenstande hat, liegt nunmehr in einer dritten vollständigen Umarbeitung vor; es sind dabei die neuesten Vervollkommnungen dieser ebenso interessanten wie wichtigen Erfindung berücksichtigt.

Allgemeines.

Wenn die Miniaturbibliothek auch in anderen Heften gesondert die bisher üblichen Arten der elektrischen Beleuchtung beschreibt, so müssen wir doch hier wenigstens ganz kurz auf einiges Allgemeine eingehen; wir stützen uns dabei auf die Ausführungen, welche in den Heften Nr. 106/107 "Elektrizität", Nr. 292/295 "Elektrotechnik" und Nr. 377/380 "Elektrochemie" gegeben sind.

Zwei große Gruppen lassen sich auf dem Gebiete der elektrischen Beleuchtung unterscheiden; in eine dieser Gruppen kann man jede hierhergehörige Konstruktion zwanglos einreihen. Man nennt diese Gruppen elektrisches Bogenlicht und elektrisches Glühlicht.

Das elektrische Bogenlicht benutzt das Lichtausstrahlungsvermögen von zwei Kohlenstäben, die sich in höchster Weißglut befinden und dabei gleichzeitig verbrennen. Es kommt also hier die Beleuchtung genau so zustande wie bei Kerzen, Lampen und Gasbrennern (abgesehen von Gasglühlicht), nämlich durch verbrennende Kohlenteilchen. Sendet man einen starken elektrischen Strom durch zwei Kohlenstäbe, deren zugespitzte Enden sich berühren, so bemerkt man keine Licht- und Wärmeerscheinung, da die Elektrizität ohne erheblichen Widerstand von einem zum andern Kohlenstab fließen kann. Werden dann aber die Spitzen der Kohlenstäbe ein wenig voneinander entfernt, so sucht sich der Strom durch die zwischenliegende Luftschicht seinen Weg in Form eines ungemein intensiv leuchtenden "Lichtbogens".

Das elektrische Glühlicht beruht auf ganz anderen Erscheinungen, und zwar auf folgenden: Zwingt man die Elektrizität, d. h. einen galvanischen Strom von bestimmter Stärke, einen sehr dünnen Leitungsdraht zu durchfließen, so veranlaßt der hohe Widerstand, den der kleine Drahtquerschnitt dem Durchgang des Stromes entgegensetzt, eine beträchtliche Erhitzung des Drahtes, die bis zum Glühen steigen kann. Die ersten Versuche einer elektrischen Glühlichtbeleuchtung liefen dementsprechend darauf hinaus, einen dünnen Platindraht durch die Elektrizität zum Glühen und Leuchten zu bringen. Platin mußte man benutzen, weil andere Metalle im glühenden Zustande verbrennen und schnell unbrauchbar werden. Der praktischen Ausnutzung stand dabei der sehr hohe Preis des Platins entgegen, sowie weiter der Umstand, daß dieses Metall bei längerem Gebrauch spröde und brüchig wird. Deshalb konnte eine derartige elektrische Glühlichtbeleuchtung keinen praktischen Erfolg erringen, bis Th. A. Edison auf den Gedanken kam, anstatt des Platindrahtes einen sehr dünnen Kohlenfaden zu verwenden, und zwar benutzte er verkohlte Bambusfaser sowie verkohltes Papier dabei. Es ist dies erstens ein recht billiges und nicht schwer darstellbares Material und zweitens ein solches, das die Elektrizität weniger gut leitet als Platin, also dem Strom stärkeren Widerstand leistet und daher leichter zur Weißglut und zu starkem Leuchten kommt. Andererseits ist zu bedenken, daß glühende Kohle augenblicklich verbrennt, daß also ein derartiger Kohlenfaden nur dann als Glühlampe benutzt werden kann, wenn die Möglichkeit der Verbrennung gänzlich ausgeschlossen wird. Das erreichte Edison, und alle seine späteren Nachahmer ebenso, dadurch, daß er den Kohlenfaden in ein Glasgefäß (Glasbirne) einschloß, aus dem die Luft durch Auspumpen möglichst vollständig entfernt wurde. In einer derartigen, fast luftleeren Glühlampe kommt der Kohlenfaden beim Durchgange eines entsprechend starken elektrischen Stromes zur hellen Weißglut, ohne sich irgendwie zu verändern; wenigstens rechnet man jetzt die Brauchbarkeit einer guten Glühlampe zu mindestens 600 Brennstunden. Bis heute ist die Edison'sche Glühlampe fast in unveränderter Form und Anordnung im Gebrauch; alle von andern geschaffenen Verbesserungen sind rein nebensächlicher Natur und beeinflussen das Prinzip in keiner Weise.

Auch die Nernstlampe ist ein elektrisches Glühlicht, aber sie ist nicht etwa, wie immer noch viele glauben, eine Verbesserung oder Umformung des Edison'schen Prinzips, sondern sie bedeutet etwas ganz Neues, Eigenartiges, von der bisherigen elektrischen Glühlichtbeleuchtung durchaus Verschiedenes. Um dies zu verstehen, müssen wir aus dem nächsten Teil kurz vorweg nehmen, daß Nernst einen Glühkörper benutzt, der aus Magnesia oder einer andern ähnlichen "Erde" besteht. Es ist nun ein großer Irrtum, wenn man meint, zwischen der Nernst'schen und der Edison'schen Glühlampe bestehe doch kein Unterschied; Edison benutze Kohle, Nernst Magnesia - das eine leite die Elektrizität etwas besser als das andere, aber in beiden Fällen werde das Glühen und Leuchten durch den Widerstand hervorgebracht, den der Glühkörper der Elektrizität entgegenstelle.

Nach den Erfahrungen des Verfassers sind derartige Ansichten noch immer weit verbreitet, aber sie beruhen, wie gesagt, auf einem grundlegenden Irrtum. Wäre die Magnesia (oder ein ähnliches Material) der Nernst'schen Glühkörper wirklich ein ebenso gearteter Leiter der Elektrizität wie die Kohle, das Platin, das Kupfer usw., mit dem einzigen Unterschiede, daß die Leitungsfähigkeit nur anders bemessen ist, so wären derartige Einwände sicher am Platze, denn man kennt ja längst schon außerordentliche Unterschiede in der Leitungsfähigkeit der verschiedenen Metalle usw., und man wird beispielsweise nicht von einem neuen System sprechen, wenn die Reichspostverwaltung aus ökonomischen Gründen die Telephonleitungen nicht mehr aus Kupfer, sondern aus dem billigeren - wenn auch schlechter leitenden - Aluminium herzustellen beginnt. Die Sache liegt aber hier ganz anders.

Die Metalle und einige wenige andere Körper, wie beispielsweise die Kohle, zählen zu den sogenannten Leitern erster Klasse. Die Art und Weise, wie in den hierhergehörigen Materialien die Fortleitung der Elektrizität vorsichgeht, ist nicht recht erforscht, eins jedoch weiß man sicher, daß die Substanz derartiger Leiter erster Klasse beim Durchströmen der Elektrizität unverändert bleibt. Alle diese Leiter erster Klasse setzen dem Stromdurchgang um so weniger Widerstand entgegen, je kälter sie sind, ihre Leitungsfähigkeit nimmt also ab mit zunehmender Erwärmung.

Im Gegensatz zu den besprochenen Substanzen stehen die Leiter zweiter Klasse, zu denen beispielsweise die von Nernst verwendete Magnesia gehört. Durchströmt die Elektrizität einen derartigen Leiter zweiter Klasse, so leistet sie eine chemische Arbeit, d. h. sie verändert bei ihrem Durchgange die Substanz des Leiters selbst. Die Magnesia - ein weißer, unglasiertem Porzellan ähnlicher Körper - ist eine chemische Verbindung aus dem Metall Magnesium mit dem Gas Sauerstoff. Man hat sich vorzustellen, daß beim Stromdurchgang jedes kleinste Teilchen (Molekül) Magnesia in Magnesium einerseits und in Sauerstoffgas andererseits zersetzt wird. [Fußnote: Die Zersetzung chemischer Verbindungen und ihrer Einzelbestandteile durch die Elektrizität wird Elektrolyse genannt; man findet das Nähere darüber in der Min. Bibl. Heft 106/107 "Elektrizität", 173/174 "Galvanostegie" und namentlich in 377/380 "Elektrochemie".] Das erste Molekül Magnesia zersetzt sich, wobei Sauerstoff entweicht und Magnesiummetall frei wird; gleichzeitig zersetzt sich aber auch das daneben liegende Magnesiamolekül, und der dort freiwerdende Sauerstoff verbindet sich wieder mit dem abgeschiedenen Magnesiummetall des ersten Moleküls. So geht der Vorgang durch den ganzen Nernst'schen Glühkörper weiter: immer wird die zersetzte Magnesia der Einzelmoleküle sofort neu gebildet, d. h. während des Stromdurchganges ist die Magnesia des Glühkörpers in fortwährender Zersetzung und Neubildung begriffen. Nur an dem ersten Magnesiamolekül entweicht Sauerstoff, während umgekehrt am letzten Molekül des Glühkörpers Magnesiummetall frei wird, das aber auch sofort wieder mit dem Sauerstoff der Luft zu Magnesia verbrennt. Scheinbar bleibt also der Nernst'sche Glühkörper in seiner Masse ständig unverändert; in Wirklichkeit aber wird seine Substanz während des Durchganges immerwährend zersetzt und wieder neu gebildet - nur das Endresultat besteht stets in einer Wiederherstellung der Magnesia.

Aus diesen Erörterungen wird auch klar, daß die Nernstlampe nicht, wie die Edison'sche Kohlenfadenlampe, einer luftleeren Hülle bedarf, ja im Prinzip braucht die Nernstlampe sogar den Luftsauerstoff, damit das abgeschiedene Magnesiummetall des letzten Moleküls wieder durch den Sauerstoff zu Magnesia verbrennen kann.

Die gegebene Erläuterung des Vorganges in den Leitern zweiter Klase beim Stromdurchgang erklärt einen besonderen Unterschied im Verhalten dieser zu den Leitern erster Klase: Da die Elektrizität in den Leitern zweiter Klasse eine chemische Zersetzung bewirkt und da jeder chemische Prozeß eine bestimmte Anfangstemperatur verlangt, unterhalb der er nicht zustande kommt, so muß der Nernst'sche Glühkörper als Leiter zweiter Klasse zuerst so hoch erwärmt werden, bis die Elektrizität den chemischen Prozeß der Magnesiazersetzung auslösen kann. Mit anderen Worten: Der Leitungswiderstand der Leiter erster Klasse nimmt mit steigender Temperatur zu, der Widerstand der Leiter zweiter Klasse nimmt mit steigender Temperatur ab - letztere leiten also um so besser, je höher sie erwärmt werden, ja sie werden überhaupt erst zu Leitern oberhalb einer bestimmten Temperatur.

Die Nernst'sche Erfindung.

Im Jahre 1897 las man in Tageszeitungen und technischen Blättern die ersten kurzen Nachrichten drüber, daß es dem Professor Dr. Walther Nernst in Göttingen gelungen sei, ein ganz neues System der elektrischen Glühlichtbeleuchtung zu erfinden; enorme Summen sollten dafür von Siemens & Halske sowie von der Allgemeinen Elektrizitätsgesellschaft zu Berlin geboten sein, und es handle sich in allem um eine Entdeckung von weittragender Wichtigkeit. Weiter war gesagt, daß die neue, zum Patent angemeldete Glühlampe ein dickes Stäbchen als Glühkörper enthalte; das Licht brauchte nur ¼ der Kraft des bisherigen elektrischen Glühlichts.

Nun, wenn auch weite Kreise jubelten, so wußten die Urteilsfähigen doch, daß auf solche Sensationsmeldungen, wie man sie so häufig liest, noch nicht viel zu geben ist. Bald aber konnte man sich der Erkenntnis nicht mehr verschließen, daß es sich hier in der Tat um eine außerordentlich bedeutsame Erfindung handelte. Aber auch nachdem die vorbereitenden Versuche abgeschlossen waren, nachdem die Allgemeinen Elektrizitätsgesellschaft in Berlin die Nernstlampe erworben hatte, mußte man noch lange warten, bis die neue Lampe in der Tat auf dem Markte erschien.

Die zweite, schon etwas eingehendere Meldung über die Nernst'sche Erfindung ergänzte die erste in einigen Punkten, widersprach ihr in andern und war jedenfalls im ganzen noch recht lückenhaft; sie besagte ungefähr folgendes:

Professor Nernst benutzt zur Lichterzeugung nicht, wie dies bei den bekannten Glühlampen geschieht, dünne Kohlenfäden, die in einer luftleeren Glasbirne zum Glühen gebracht werden, sondern sogenannte schlechte Elektrizitätsleiter, wie z. B. Kalk, Magnesia, Zirkon usw. Diese Körper können außerordentlich hohe Temperaturen ertragen, ohne zu schmelzen, dagegen nimmt ihre Leitungsfähigkeit für die Elektrizität durch die Erwärmung ganz bedeutend zu. Auf diesen Eigenschaften baut sich die Nernst'sche Erfindung auf; der Glühkörper ist ein kleiner, etwa 8 Millimeter langer und 1,6 Millimeter dicker Hohlzylinder aus gebrannter Magnesia, dem durch geeignete Vorrichtungen Wechselstrom von niedriger Spannung zugeführt wird, um ihn im Glühen zu erhalten. Der Betrieb sei im Vergleich zu den bisher gebräuchlichen Glühlampen außerordentlich ökonomisch.

Endlich etwas später wurde es möglich, einen genaueren Einblick in das Wesen der Nernst'schen Glühlichtbeleuchtung dadurch zu tun, daß das erste der erteilten Patente - solche sind naturgemäß in allen Ländern genommen worden - zur Veröffentlichung gelangte. Die Patentbeschreibung sagt folgendes:

Patentansprüche

1. Eine elektrische Glühlampe, bestehend aus einem in einen Stromkreis eingeschalteten Glühkörper aus einem Stoffe, der bei gewöhnlicher Temperatur ein Nichtleiter, auf hohe Temperatur gebracht aber ein Leiter ist, und einer in der Nähe dieses Glühkörpers angeordneten und in einen zweiten Stromkreis eingeschalteten elektrischen Heizvorrichtung, bestehend aus einem Heizleiter aus einem gut leitenden und einem Mantel aus schlecht leitendem oder isolierendem Material.
2. Eine Ausführungsform der Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel den Glühkörper umgibt und aus einem durchsichtigen Material besteht.
3. Eine Ausführungsform der Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel der Heizvorrichtung in Form eines Brennspiegels ausgebildet ist.
4. Eine Ausführungsform der Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühkörper (G) mit einem federnd aufgehängten Eisenkern (nn) verbunden ist, der in eine mit dem Glühkörper in Reihe geschaltete Spule hineinhängt.

Um den Glühkörper auf die Temperatur zu bringen, bei der er leitend wird, bedarf es einer Heizvorrichtung, bestehend aus einem Platindraht, der durch den elektrischen Strom zum Glühen gebracht wird und den eigentlichen Glühkörper anwärmt.

Die nebenstehenden drei Abbildungen (Fig. 1 - 3) sind drei Modelle für das gleiche Prinzip:

G ist der Glühkörper, z. B. aus Kalk, P ist der Platindraht zum Anheizen.

In Fig. 1 sind Platindraht und Glühkörper von einem durchsichtigen Mantel M, z. B. aus schwer schmelzbarem Glase, umgeben, um die Hitze zusammenzuhalten.

In Fig. 2 bildet M einen Brennspiegel, der die Hitze des glühenden Platindrahtes P auf den Glühkörper G konzentriert. [Fußnote: Der Platindraht P läuft hier in Spirallinien an der Innenfläche des Hohlspiegels M entlang. Wird der Platindraht durch den elektrischen Strom zum Glühen gebracht, so überträgt sich die erzeugte Wärme auf den genau im Brennpunkte des Hohlspiegels angebrachten Glühkörper und erhitzt ihn soweit, daß er leitend wird.]

In Fig. 3 ist eine selbsttätige Vorrichtung vorhanden, die den Glühkörper G nach unten zieht, sobald er heiß genug geworden ist, um den Strom zu leiten. Der Mantel M braucht also in diesem Falle nicht durchsichtig zu sein. G ist nämlich mit einem Eisenkern nn verbunden, und dieser hängt an einer Spiralfeder F. Sobald G leitend geworden ist, durchläuft der Strom, der G im Glühen erhält, auch die Spule S; diese zieht den Eisenkern nn herunter, und der mit ihm fest verbundene Glühkörper G tritt aus dem Mantel.

Aus den 3 Abbildungen erkennt man, daß der Glühkörper durch einen besonderen elektrischen Strom angeheizt werden muß. Ist er leitend und glühend geworden, so muß man diesen Nebenstrom, der ja sonst nutzlos Kraft verbraucht, wieder abstellen. Nur bei der Anordnung der Fig. 3 ist dies nicht nötig, denn hier besorgt die Lampe selbsttätig die Ein- und Ausschaltung der anheizenden Platinspirale; wie dies geschieht, werden wir noch sehen. Außer dem Stromverbrauch hätte das dauernde Einschalten der Heizspirale auch ein schnelles Brüchigwerden der Platinspirale nach sich gezogen, die überhaupt wegen ihrer leichten Verletzlichkeit und Kostspieligkeit in diesen ersten Formen der Nernstlampe nicht gerade die sonst so gerühmte Billigkeit dieser Beleuchtungsart unterstützte.

Wir haben schon im allgemeinen Teil darauf hingewiesen, daß die Nernstlampe keine Verbesserung der Kohlenfadenlampe ist, sondern von Grund auf etwas anders. Hier seien noch einige Worte über das Verhältnis zwischen Nernstlicht und Gasglühlicht zugefügt:

Daß hier eine große Ähnlichkeit vorliegt, ist ohne weiteres klar. Der Gasglühkörper (vgl. Heft Nr. 177) besteht aus Oxyden von Erdmetallen, d. h. im Grunde aus ganz gleichartigen Stoffen wie der Nernst'sche Glühkörper. Diese Erden werden in beiden Fällen zum Glühen gebracht - einmal durch die Gasflamme, das andere mal durch den elektrischen Strom - und strahlen dann ein helles Licht aus. Aber innerlich ist der Vorgang doch recht verschieden. Denn bei der Erhitzung des Auer'schen Glühstrumpfes bleiben die Oxyde der Erdmetalle unverändert und leuchten als solche, während in der Nernstlampe fortwährend chemische Zersetzungs- und Bindungsvorgänge (vgl. Seite 13) stattfinden. Aber diese Unterschiede sind, wie gesagt, nur innerlich; im Lichteffekt ist davon nichts bemerkbar.

Als die Nernstlampe von der Allgemeinen Elektrizitätsgesellschaft in Berlin erworben worden war, erkannten deren Ingenieure bald, daß noch vieles umzumodeln, zu ergänzen und zu verbessern blieb, bevor man die neue Beleuchtungsart in die Praxis einführen konnte. Ist auch die Erfindung, die Nernst gemacht hat, an sich eine große Tat, so darf man doch die Ausgestaltung seitens der Ingenieure der A. E. G. kaum geringer anschlagen.

Über den Glühkörper, den Nernst verwendet, war man lange Zeit recht im Unklaren. Anfänglich hat Nernst, wie schon bemerkt wurde, mit Magnesia operiert; später ist von Gemischen aus Magnesia und Porzellan die Rede. Schließlich ist von der Allgemeinen Elektrizitätsgesellschaft ein Glühkörper aus Magnesia mit Zusätzen von Thoroxyd und Ceroxyd endgültig ausgewählt worden, jedoch hat man diese Zusätze - welche das Prinzip der Erfindung nicht berühren - nur deshalb eingeführt, weil dadurch die Glühfähigkeit und Leuchtkraft noch bedeutend gesteigert wird. Ein heikler Punkt blieb lange Zeit die Vorwärmung des Glühkörpers. Denn bei gewöhnlicher Temperatur sind die Verbindungen, aus denen die Glühkörper hergestellt werden, durchaus Nichtleiter der Elektrizität, ja sie bedürfen sogar einer Vorwärmung auf 600 - 800°, bevor sie nur zu leiten beginnen. Dann steigt die Leitungsfähigkeit mit der Höhe der Temperatur, und bei Weißglut sind diese Verbindungen so vorzügliche Leiter, daß sie in gleicher Weise wie die Kohlenfäden der Glühlampe bei den Spannungen normaler Beleuchtungsanlagen als Lichtquelle benutzt werden können.

Man braucht nun allerdings vor der Temperatur von 600° noch nicht zu erschrecken, denn die sehr geringe Masse eines solchen Glühkörpers läßt sich auch mit gewöhnlichen Hilfsmitteln recht hoch erwärmen; auch übernimmt bald der Strom selbst die weiter erhitzende Rolle, sowie nur erst eine geringfügige Leitungsfähigkeit erreicht ist. Denn dann durchfließt den Glühkörper ein schwacher Strom, erwärmt ihn gleichzeitig etwas höher - die Leitungsfähigkeit nimmt zu, der durchgehende Strom wird stärker, die Temperatur steigt wieder, usw.

Am einfachsten und billigsten ist die Vorwärmung des Glühkörpers mittels einer äußeren Wärmequelle, also einem Streichholz, einer Spiritusflamme usw. Eine solche Lampe ist sehr einfach, kann also auch zu einem niedrigen Preise hergestellt werden, aber - bequem ist sie nicht.

Den Vorzug der Bequemlichkeit hat dagegen die automatische Lampe; sie besteht eben aus der Verbindung des Glühkörpers mit einem elektrischen Heizkörper, der nach der Vorwärmung selbsttätig wieder ausgeschaltet wird. Freilich vermag eine solche Lampe erst 10 - 20 Sekunden nach Stromschluß Licht zu spenden.

Das Prinzip einer solchen Automatlampe beziehungsweise der darin angebrachten selbständigen Zündung wollen wir an der Hand der schematischen Fig. 4 erklären.

Im großen und ganzen kennen wir den Grundzug der Anordnungen schon aus Fig. 3 der Patentbeschreibung (S. 21). Der Heizkörper ist ein Platindraht, der auf ein Porzellanröhrchen gewickelt wird und so den Leuchtkörper dicht umgibt; bringt man die Platinspirale ins Glühen, so erhitzt sie den Leuchtkörper, bis er leitend wird. Mit dem Leuchtkörper ist ein Elektromagnet so verbunden (Fußnote: Man nennt diese Art der Verbindung Parallelschaltung.), daß er den Heizkörper ausschaltet, sobald er durch den Strom das Leuchtkörpers magnetisiert wird; die Ausschaltung geschieht dadurch, daß der Elektromagnet den Anker anzieht. Bei der Anordnung der Fig. 3 saß der Glühkörper zunächst in der Heizhülle und trat aus ihr erst hervor, wenn er angewärmt war. Dagegen ist der Glühkörper jetzt unbeweglich; die Heizröhre befindet sich jetzt dicht über dem Glühkörper, und der im Sockel der Lampe angebrachte Elektromagnet hat nur die Aufgabe, den zur Anheizung dienenden Platindraht auszuschalten, wenn der Glühkörper genügend erwärmt ist. Die schematische Fig. 4 erklärt sich demnach wie folgt:

Von der Stromquelle (Dynamomaschine) führen zur Lampe die beiden Drähte E und E₁. Da der kalte Glühkörper G nicht leitend ist, so fließt der durch E₁ ankommende Strom von a aus über die Heizspirale (Platindraht) P nach der Metallspitze A zur Metallfeder F und durch die Drahtleitung E zurück. Ist nun der Glühkörper G durch die Hitze der Platinspirale P etwas erwärmt und leitend geworden, so teilt sich der durch E₁ankommende Strom bei a und fließt durch den Glühkörper G über die Elektromagnetspule S in die Drahtleitung E. Der Elektromagnet der Spule S kommt kommt jetzt in Tätigkeit und zieht die aus Stahl gefertigte Feder F an, d. h. diese entfernt sich von der Metallspitze A. Jetzt kann überhaupt keine Elektrizität mehr die Platinspirale P durchfließen, weil die Verbindung A und F unterbrochen ist; der Gesamtstrom fließt vielmehr durch den Glühkörper G und bringt ihn zum Leuchten. Wird die Lampe ausgelöscht, also die Stromzufuhr unterbrochen, so hat der Elektromagnet keine Anziehungskraft mehr, d. h. die Feder F kehrt in ihre Ruhelage zurück und legt sich wieder an A an. Diese Einrichtung bewirkt, daß bei jedem Wiederanzünden der Lampe zuerst die Platinspirale ins Glühen kommt, daß sie aber sogleich wieder ausgeschaltet wird, wenn der Glühkörper genügend vorgewärmt ist. Dieser ganze Mechanismus ist, wie gesagt, im Lampensockel untergebracht.

Natürlich stellt sich der Herstellungs- und demgemäß auch der Verkaufspreis einer Automatlampe viel höher als bei einer solchen mit Streichholzzündung. Das bewirkt einerseits der elektrische Ausschalter und andererseits der aus Platindraht bestehende Heizkörper. Aber man ist schließlich doch von der Herstellung der Lampen mit äußerer Anheizung ganz abgekommen, denn man sah ein, daß die Benutzung eines Streichholzes oder einer Spirituslampe zum Vorwärmen einen Vorzug raubt, der das elektrische Licht vor allen andersartigen Beleuchtungssystemen auszeichnet, nämlich das selbsttätige Erleuchten.

Der Heizkörper ist jetzt viel billiger geworden, da man die Verwendung des teueren Platins sehr einzuschränken, ja teilweise überhaupt zu beseitigen verstanden hat.

Die gebräuchlichen Formen der Nernstlampe.

Vieljährige Arbeit war nötig, bevor es der Allgemeinen Elektrizitätsgesellschaft gelang, alle Schwierigkeiten zu beseitigen und praktische, dabei wohlfeile und dauerhafte Ausführungsformen der Nernstlampe zu schaffen. Jetzt ist die Lampe so ausgebildet, daß sie einfach, die Abnutzung gering ist, daß sich die einzelnen Teile leicht auswechseln lassen und daß die Ersparnis gegenüber den Kohlenglühlampen über 50 % beträgt.

Ein sehr wichtiger teil der Lampen ist der sogenannte Vorschaltwiderstand. In ihrer ersten Ausführung war die Nernstlampe außerordentlich empfindlich gegen Schwankungen in der Spannung des Stroms, ja daran drohte sogar ihre ganze Verwendbarkeit in der Praxis zu scheitern. Diesen Übelstand beseitigt nun der Vorschaltwiderstand vollkommen; er ist ein Regulator, der die Spannungsschwankungen unschädlich macht. Die Ausführungsform des Vorschaltwiderstandes werden wir noch kennen lernen.

Ferner war es ein bedeutender Fortschritt, daß es gelang, die Nernstlampe, die ursprünglich nur mit Wechselstrom gespeist werden konnte, auch mit Gleichstrom zum Leuchten zu bringen. Freilich sind die Lampentypen für Gleichstrom von denen mit Wechselstrom verschieden, aber das ist weiter kein Übelstand; bei den elektrischen Bogenlampen z. B. ist es nicht anders.

Die Nernstlampe wird jetzt in einer ganzen Reihe von Typen gebaut, doch lassen sich dabei zwei Hauptformen unterscheiden:

Die Type A wird an Pendeln oder Schnüren befestigt, ist für höhere Lichtstärken bestimmt und ähnelt in dieser Beziehung, wie im Aussehen und der Verwendungsart der elektrischen Bogenlampe. Die Type B dagegen ist viel kleiner, hat ein Gewinde wie jede Glühlampe und läßt sich ohne weiteres in irgend eine Glühlampenfassung einsetzen. Wir betrachten nun diese beiden Haupttypen der Nernstlampe gesondert:

Die Nernstlampe Type A, auch Nernst-Intensivlampe genannt, ist in Fig. 5 dargestellt. Man sieht, sie gleicht auch im Aussehen der gewöhnlichen elektrischen Bogenlampe; gebaut wird sie für Lichtstärken von etwa 60 - 250 Normalkerzen. Die Lampe ist, wie man bemerkt, mit einem senkrecht stehenden Brenner ausgestattet; Fig. 6 zeigt diesen Brenner gesondert, man erkennt daran deutlich den Leuchtkörper sowie die Heizspirale. Ein solcher Vertikalbrenner gibt eine gleichmäßige Lichtverteilung; wo mehr Wert auf eine vorzügliche Bodenbeleuchtung gelegt wird, verwendet man besser den Horizontalbrenner, den Fig. 7 zeigt. Hier ist der Glühkörper unter der Heizvorrichtung angeordnet und strahlt sein Licht frei nach unten.

Ein weiterer wichtiger Teil der Lampe ist der schon erwähnte Vorschaltwiderstand, den Fig. 8 zeigt. Wie man sieht, ähnelt er einer röhrenförmigen Glühlampe; er besteht aus dünnem Eisendraht, der in eine mit Wasserstoffgas gefüllte Glasröhre eingeschlossen ist. Wäre der Vorschaltwiderstand nicht vorhanden, so würde eine Spannungserhöhung von nur 1 % schon genügen, um den Glühkörper der Lampe zu zerstören, da dieser bezw. die Heizspirale sich mit dem Höchstmaß der Lichtstärke nahe am Schmelzpunkt befindet. Freilich wird ein gewisser Teil der elektrischen Energie durch den Vorschaltwiderstand verbraucht, sodaß sich das später zu besprechende Verhältnis zwischen Kosten und Lichtstärke noch günstiger stellen würde, falls der Vorschaltwiderstand entbehrt werden könnte.

Die A-Lampe muß immer hängen, d. h. sie kann nicht wie ein Glühlampe in jeder beliebigen Lage gehalten werden. Wird sie im Freien benutzt, so ist eine Vorrichtung nötig, welche den Brenner den Einflüssen der Feuchtigkeit entzieht.

Die Type B der Nernstlampe gleicht in Größe und Form der Kohlenfadenglühlampe; sie wird für Lichtstärken von 16 Kerzen aufwärts (bis 50 Kerzen) gebaut und kann in gewöhnliche Glühlampenfassungen eingesetzt werden. Sie läßt sich in jeder Lage verwenden; schneller zündet sie, wenn sie senkrecht nach unten hängt.

Fig. 9 zeigt die Glocke der B-Lampe, jedoch ohne Gewinde. In Fig. 10 ist der zugehörige Horizontalbrenner abgebildet. Der Vorschaltwiderstand, der sich nur wenig von demjenigen der Lampe A unterscheidet, wird in dem Sockel der Lampe untergebracht.

Die elektrische Verbindung der einzelnen Teile in dieser Lampe geht aus Fig. 11 hervor. Der untere Teil zeigt das Fassungsgewinde; wie bei allen Edisonfassungen geschieht die Stromzuführung einerseits durch das Gewinde, anderseits durch eine am unteren Teil des Sockels angeordnete Metallplatte. In dem aus Porzellan hergestellten hohlen Sockel befindet sich ein kleiner Elektromagnet g, dessen Wickelung unter Zwischenschaltung des Vorschaltwiderstandes f mit dem Leuchtkörper hintereinander geschaltet ist, während sein Anker l, solange der Elektromagnet nicht vom Strom durchflossen ist, durch Federkraft gegen einen Kontakt gepreßt wird und dadurch den Stromkreis für die Heizspirale schließt. Sobald durch diese der Leuchtkörper so weit erwärmt worden ist, daß er selbst leitet, wird auch die Wickelung des Elektromagneten vom Strom durchflossen: Sein Kern wird magnetisch, zieht den Anker an, unterbricht damit den Strom für die Heizspirale, und der Anker nimmt - solange die Lampe brennt - die in der schematischen Fig. 11 punktiert angedeutete Stellung ein.

Um diese beiden Haupttypen der Nernstlampe gruppieren sich noch mehrere andere, so die Mehrfachlampen, bei denen mehrere Brenner in einer Glasglocke vereinigt, dann Lampen mit getrennt angeordneten Widerstand sowie endlich die Nernst-Expreßlampen. Während die übrigen Nernstlampen wegen der Vorwärmung etwa 20 Sekunden brauchen, bevor sie zu leuchten beginnen, tritt bei der Expreßlampe das Leuchten sofort bei der Einschaltung ein. Dies erreicht man dadurch, daß der die Heizspirale bedienende Zweigstrom gleichzeitig zu einer gewöhnlichen Kohlenglühlampe geführt ist. Während die Heizspirale den Nernstkörper vorwärmt, leuchtet die Kohlenlampe, bis der Nernstkörper selbst Licht spendet, wodurch dann der Heizstrom und zugleich auch die Kohlenlampe ausgeschaltet wird.

Endlich nennen wir noch die allerneueste Konstruktion der Nernstlampe, genannt Type D, deren Brenner in Fig. 12 wiedergegeben ist; man sieht, daß der Glühkörper eine Art Schlinge bildet. Die ganze Lampe ist in Figur 13 wiedergegeben.

Wie man sieht, gleicht die Type ganz der Lampe B, d. h. sie sieht fast wie eine gewöhnliche Kohlenfadenglühlampe aus und paßt in die gebräuchliche Edisonfassung. Aber sie unterscheidet sich von der Type B doch erheblich, denn ihre Lichtstärke ist viel größer, kann sie doch auf mehr als 100 Normalkerzen steigen.

Auch Kerzenlampen baut die Allgemeine Elektrizitäts-Gesellschaft, d. h. Lampen in Form von Kandelabern und Handleuchtern mit künstlichen (aus Porzellanmasse hergestellten) Kerzen, auf deren jeder eine winzige Nernstlampe von zugespitzter Form sitzt. Im entzündeten Zustande machen diese Lampen den Eindruck brennender Kerzen, nur solcher von wunderbarer Helligkeit. 

Brenner und Widerstand aller Nernstlampen sind außer mit der Stromstärke auch noch der Spannung bezeichnet, die jede von ihnen bei normalem Betriebe erfordert. Die Summe der Spannung von Brenner und Widerstand muß gleich der höchsten im Netz vorkommenden Spannung sein.

In jede Lampe dürfen nur solche Brenner und Widerstände eingesetzt werden, die mit der gleichen Stromstärke bezeichnet sind wie die Lampe selbst. Ebenso dürfen Gleichstrombrenner, die das Zeichen = tragen, nie für Wechselstrom, Wechselstrombrenner, die das Zeichen ~ tragen, nie für Gleichstrom benutzt werden.

Werden die Nernstlampen in Wechselstromanlagen montiert, so ist es natürlich gleichgültig, wie die Stromzuführungen mit den Lampenkontakten verbunden werden; werden jedoch die Lampen für Gleichstrom verwendet, so ist streng darauf zu achten, daß bei Lampen Modell A der positive Pol an der mit +, der negative Draht an der mit - bezeichneten Schraube befestigt wird. Die B-Lampen mit Edisonfassung sind so zu schalten, daß das Gewinde mit dem negativen Pol in Verbindung steht; da derartige Lampen wegen ihres bequemen Ein - und Ausschaltens oft an einer Stelle ein- und an einer anderen Stelle wieder ausgeschraubt werden, so ist, mit Rücksicht auf die Lebensdauer der Lampen, stets darauf zu achten, daß das Gewinde mit dem negativen Pol in Verbindung steht. Um dies in bequemer Weise feststellen zu können, hat die A. E. G. einen Polprüfer konstruiert, der wie eine Lampe in die Fassung eingeschraubt wird und eine schnelle Feststellung der Pole gestattet.

Gebaut werden die Nernstlampen für alle gebräuchlichen Spannungen; die Art der Vorschaltwiderstände ist für Gleichstromlampen und Wechselstromlampen dieselbe. Die Widerstände müssen mindestens 8 % der Betriebsspannung verbrauchen; sie werden für 15 und 20 Volt angefertigt.

Die Allgemeine Elektrizitätsgesellschaft hat eine Tabelle veröffentlicht, die für jede Betriebsspannung angibt, welche Brenner und welche Widerstände zur Verwendung kommen können und wie groß die ungefähre Lichtstärke in Normalkerzen (Hefnerkerzen) sowie der Wattverbrauch ist. Aus Raummangel verzichten wir auf den Abdruck dieser Tabelle und entnehmen daraus nur als Beispiel eine Zeile, welche besagt, daß man für Betriebsspannungen von 106 - 110 Volt Brenner für 95 Volt und Widerstände von 15 Volt benutzen soll. Man erhält dann bei einer Stromstärke von 0,25 Ampere 15 Normalkerzen Lichtstärke, wofür 27,5 Watt, d. h. pro Normalkerze 1,83 Watt, Strom verbraucht werden. Dagegen erhält man unter den gleichen Verhältnissen bei 0,5 Ampere Stromstärke eine Lichtstärke von 32 Normalkerzen bei einem Stromverbrauch von 55 Watt, d. h. 1,72 Watt pro Normalkerze. Die gleiche Lampe mit demselben Widerstand gibt endlich bei gleicher Betriebsspannung aber 1 Ampere Stromstärke ein Licht von 65 Normalkerzen; es werden hierfür 110 Watt oder pro Normalkerze 1,70 Watt Strom verbraucht. Die angegebenen Verhältnisse beziehen sich bei 0,25 und 0,5 Ampere auf Nernstlampe Modell B, dagegen bei 1 Ampere auf Lampenmodell A.

Gegenüber der Kohlenfadenglühlampe, die etwa 50 Pfg. kostet, ist die Nernstlampe noch teuer, denn Modell B kostet 3 Mk., ihr Brenner 1 Mk.; die Nernstlampen Modell A (welche freilich nicht mit den gewöhnlichen Glühlampen verglichen werden dürfen) kosten komplett mit klarer Glasglocke 13 - 14 Mk., der zugehörige Brenner 1,25 - 2 Mk.

Will man vergleichen, wie sich das Kostenverhältnis zwischen der Beleuchtung mit gewöhnlichen elektrischen Glühlampen und Nernstlampen darstellt, so muß man vor allem den Stromverbrauch in Rechnung ziehen: In den Glühlampen braucht man zur Erzeugung einer Normalkerze 2,8 bis 3,2 Watt, während in der Nernstlampe dieselbe Lichtmenge schon durch 1,48 bis 1,85 Watt erreicht wird; das Verhältnis ist um so günstiger, je größer die Betriebsspannung ist.

Die Tabelle auf S. 44/45, die wir der Güte der Allgemeinen Elektrizitätsgesellschaft Berlin verdanken, zeigt an einigen Beispielen, welche Ersparnis die Nernstlampe gegenüber der Glühlampe erreichen läßt. Vorausgesetzt ist dabei, daß der Ersatz einer Glühlampe 50 Pfg. kostet, der Ersatz des Brenners einer Nernstlampe 1,- Mk. bei kleinen Lampen, 1,25 Mk. bis 1,75 Mk. bei großen Lampen; ferner daß die Brenndauer einer Glühlampe für 3,1 Watt pro Kerze bei Spannungen von 100 - 130 Volt und für 3,6 Watt bei Spannungen von 130 - 140 Volt etwa 600 Stunden beträgt, dagegen die Dauer eines Brenners der Nernstlampe 300 Stunden, und daß die Stromkosten 55 Pfg. pro Kilowattstunde betragen.

Jetzt sind die Brenner sogar noch dauerhafter, dazu bei Modell B auch noch billiger (0,65 Mk.) geworden, sodaß sich das Verhältnis noch günstiger stellt.

Die Nernstlampe kann für alle Spannungen zwischen 100 und 270 Volt hergestellt werden. Der charakteristische Vorteil der Ökonomie kommt aber ganz besonders bei den höheren Spannungen zur Geltung, d. h. zwischen 200 und 250 Volt. Die Nernstlampe eignet sich daher hauptsächlich für Leitungsnetze mit hoher Spannung und sollte deshalb auch bei Dreileiteranlagen für 110 Volt nur zwischen die Außenleiter geschaltet werden. Die Glühlampe für niedrige Spannungen hat eine bessere Ökonomie und eine längere Lebensdauer als die Glühlampe für hohe Spannungen, bei der Nernstlampe kehr sich dieses Verhältnis unter sonst gleichen Bedingungen geradezu um. Aus diesem Grunde hat man einen besonders großen Vorteil, wenn man Hochspannungs-Glühlampen durch Nernstlampen ersetzt, während er geringer ist, wenn man Niederspannungs-Glühlampen durch Nernstlampen ersetzt. Die Verwendung der Nernstlampe für hohe Lichteinheiten als Ersatz für die kleinere Bogenlampe gewährt den Vorteil, daß der von jeder Bogenlampe nach unten geworfene Schattenkegel vermieden wird. Auch sind die Schwankungen, die der Reguliermechanismus jeder Bogenlampe veranlaßt, vollständig vermieden.

Nur ein einziger Nachteil besteht gegenüber der Kohlenfadenglühlampe: diese ist von einer luftleeren, ganz geschlossenen Hülle umgeben und kann daher auch für Räume benutzt werden, die leicht brennbare Stoffe oder explosive Gase enthalten (z. B. Bergwerke); hierfür ist allerdings die Nernstlampe nicht so zweckmäßig, da die Luft zu ihrem Glühkörper Zutritt hat.

Im übrigen aber ist die Nernstlampe eine großartige Erfindung. Millionen dieser Lampen brennen nun schon, und jedem fällt dieses herrliche, strahlende, dem Tageslicht ähnliche Licht auf - niemand kann die großen Vorzüge verkennen, die es vor dem gewöhnlichen elektrischen Glühlicht hat.

Gewaltige Summen hat es sich die Allgemeine Elektrizitätsgesellschaft kosten lassen, die Nernstlampe zu dem zu machen, was sie heute ist. Diese Lampe hat wegen ihres geringen Stromverbrauchs gewaltige Gebiete wieder zurückerobert, in denen sich das Gasglühlicht festgesetzt hatte. So kann man nur wünschen, daß die Nernstlampe sich immer weiter vervollkommnen und immer mehr verbilligen möge, damit das elektrische Licht nicht mehr das Vorrecht der Begüterten bleibe, sondern immer weiter eindringe, auch in die Wohnstuben und Werkstätten der breiten Schichten.

Walther Nernst homepage

Revised 2005-02-24