Der heutige Stand der Beleuchtungstechnik

1905, von Dr. Paul Wolff. Die Entwicklung des modernen Beleuchtungswesens umfaßt eine sehr kurze Spanne Zeit, sie datiert erst seit den achtziger Jahren des vorigen Jahrhunderts, als die elektrische Beleuchtung und das Gasglühlicht in die Praxis eingeführt wurden. Das frei brennende Gas im Schnitt- oder Argandbrenner, das bis zur Einführung des Auerlichts allein angewendet wurde, gibt nur ein schwaches Licht bei verhältnismäßig großem Gasverbrauch. Erst das Auersche Licht, das ein ganz neues Prinzip in die Leuchttechnik brachte, ermöglichte den wesentlichen Fortschritt.

Das Prinzip der Auerlampe beruht darauf, daß das Gas vollkommen zu einer nicht leuchtenden Flamme verbrannt wird, wie es im Bunsenbrenner geschieht, und daß mit dieser Flamme Körper in Berührung gebracht werden, die beim Glühen eine sehr große Lichtfülle aussenden. Das Neue der Auerschen Erfindung liegt erstens in der besonderen Konstruktion der Brenner, der sich an den alten bekannten Bunsenbrenner anlehnte, zweitens aber besonders in der Art und Verwendungsform der Leuchtkörper. Auer benutzte einen gestrickten Baumwollschlauch und imprägnierte ihn mit einer Lösung von Salzen seltener Erdmetalle, und zwar im Verhältnis von 98 3/4 Prozent Thor und 1 1/4 Prozent Cer. Diese Schläuche wurden dann getrocknet, verascht und durch Preßgas gehärtet. Es bildet sich so der bekannte Auerstrumpf, der aus einem aus den Oxyden der oben genannten Erdmetalle zusammengesetzten Aschenskelett besteht und nach dem Härten mit Preßgas eine solche Haltbarkeit besitzt, daß er dem Druck des Gases und der Einwirkung der Flamme genügend widersteht. Bei der Temperatur der Bunsenflamme von etwa 2000 Grad Celsius senden diese Oxyde nun ein blendendes Licht von großer Intensität und weißer Farbe aus. Bei einem Verbrauch von 120 Liter Gas in der Stunde wird mit dem Auerlicht eine Leuchtkraft von 70 bis 80 Kerzen erzeugt, die zwar allmählich abnimmt, aber nach 500 Brennstunden noch etwa 50 Kerzen in der Stunde beträgt.

In neuerer Zeit ist auch das Auerlicht in mancher Beziehung verbessert worden. Die Haltbarkeit der Glühkörper, die im Anfang eine ziemlich mäßige war, ist wesentlich erhöht worden und ihre Leuchtkraft durch Anwendung von geeignetem Rohmaterial und besondere Maschenform gesteigert worden, so daß man heute auf eine Brenndauer von 500 Stunden rechnen kann. Die Verringerung des Gaskonsums und Erzeugung von stärkeren Flammen wurde durch die Konstruktion der Intensiv- und Starklichtbrenner erfüllt.

Die Intensivbrenner beruhen auf der Erkenntnis, daß die Lichtemission abhängig ist von der Temperatur der Flamme, und daß die Temperatur der Gasflamme erheblich gesteigert werden kann durch eine möglichst intensive Mischung von Gas und Luft. Der erste, der diese Erfahrung in die Praxis umsetzte, war Denayrouze, der in dem nach ihm benannten Brenner durch Verlängerung des Brennerrohrs und Ansetzen einer besonderen Mischkammer eine Flamme erzeugte, die wesentlich heißer als die Flamme des gewöhnlichen Anbrenners ist und es ermöglicht, eine Lichtfülle bis zu etwa 200 Kerzen mit etwas über 200 Liter hervorzubringen, das heißt, den Gaskonsum auf etwa ein Liter für die Kerze, also auf die Hälfte des gewöhnlichen Auerbrenners zu reduzieren.

Auf dem gleichen Prinzip beruht eine ganze Anzahl von andern Konstruktionen, die ungefähr das gleiche Resultat erreichen und sich mehr oder weniger in der Praxis eingeführt haben.

Während die Intensivlampen die Erhöhung der Flammentemperatur durch besondere Konstruktion des Brenners bei gewöhnlichem Gasdruck erreichen, geschieht dies bei den Starklichtbrennern durch Anwendung von Preßgas oder Preßluft. Es ist eine alte Erfahrung, daß die Helligkeit des Gasglühlichts mit dem Druck, unter dem das Gas steht, erheblich zunimmt. Die Zunahme beträgt nach von Oechelhaeuser auf den Millimeter Gasdruck eine Kerze. Dieses Prinzip wird in der Weise angewendet, daß das Gas oder die Luft durch Kompressoren irgendeiner Art oder unter Wasserdruck komprimiert und durch eine besondere Leitung den Brennern zugeführt wird. Die Kompression kann entweder an der Verbrauchsstelle oder in der Zentrale geschehen; im letzteren Fall muß natürlich eine besondere Leitung für das Preßgas neben der gewöhnlichen Gasleitung unterirdisch gelegt werden. Es gibt nun eine ganze Reihe derartiger Konstruktionen, die sich durch die Art und Höhe der Kompression, die zwischen 1/10 bis 1 Atmosphäre schwankt, voneinander unterscheiden.

Die Intensiv- und Starklichtlampen eignen sich ihrer großen Leuchtkraft und ihres geringen Gasverbrauchs wegen besonders gut für die Straßenbeleuchtung. In Berlin kommen augenblicklich zwei derartige Systeme versuchsweise in Anwendung. Die Friedrichstraße ist mit Intensivlampen beleuchtet, die bei einem Verbrauch von 550 Liter in der Stunde eine Helligkeit von 500 Kerzen bei gewöhnlichem Druck liefern. Dagegen ist auf dem Alexanderplatz und einem Teil der Königstraße eine Starklichtbeleuchtung in Betrieb, die bei einem Druck von 1400 Millimeter Wassersäule und bei einem Konsum von 300 bis 600 Liter in der Stunde eine Leuchtkraft von 350 bis 900 Kerzen erreicht. Beide Systeme haben sich durch gute Leuchtkraft und gute Lichtverteilung bewährt, der Nachteil besteht in der vorläufig noch geringeren Haltbarkeit der Glühkörper und bei dem Starklicht in der Notwendigkeit, eine besondere Leitung für das Preßgas legen zu müssen.

Die elektrische Beleuchtung hat eine allgemeinere Verwendung erst seit der Einführung der elektrischen Glühlampe erfahren. Die Glühlampe beruht darauf, daß ein kontinuierlicher Stromleiter von hohem Widerstand druch den elektrischen Strom zum glühen gebracht wird und hierbei Licht aussendet. Sie besteht aus einem Kohlenfaden, der, um vor dem Verbrennen geschützt zu sein, in eine luftleere Glasbirne eingeschlossen wird.

Die Lichtausbeute ist bei der Glühlampe eine verhältnismäßig ungünstige, da ein erheblicher Teil der Strahlung aus Wärmestrahlen besteht. Die Glühlampen werden in der Regel nur bis zu 50 Kerzen hergestellt und gebrauchen bei der Spannung von 110 oder 220 Volt 2,5 – 3,5 Watt für die Kerze. Die Haltbarkeit kann bei guten Lampen auf durchschnittlich 700 Brennstunden erreicht werden.

Die elektrische Bogenlampe beruht darauf, daß zwei Kohlenelektroden mit ihren zugespitzten Endflächen in gegenseitige leitende Berührung gebracht werden. Nachdem der Strom geschlossen ist, werden die Kohlen voneinander entfernt, der Stromkreis wird hierbei nicht unterbrochen, da bei genügender Spannungsdifferenz die verdampfenden Teilchen der Kohlenspitzen eine leitende Brücke bilden, die den Strom bis zu einer gewissen Distanz aufrechtzuerhalten vermögen. Die Kohlen werden bei diesem Prozeß allmählich verzehrt, bei Gleichstrom die positive mehr als die negative, bei Wechselstrom beide in gleicher Weise.

Die Bogenlampe gehört sowohl zu den absolut hellsten als auch den relativ am ökonomischsten funktionierenden Beleuchtungssystemen. Sie hat nur den Nachteil, daß sie eine Anzahl von empfindlichen und komplizierten Apparaten in sich einschließt, und im besonderen, daß die regelmäßige Auswechslung der schnell abbrennenden Kohlen eine fortdauernde Ueberwachung und Bedienung erfordert.

Um diesen Hauptnachteil der Bogenlampe zu beseitigen, ist man dazu übergegangen, die Kohlen nicht der freien Luft auszusetzen, sondern den Luftzutritt zur Verbrennung zu beschränken. Man erreicht dies, indem man die Kohlenspitzen in doppelte Glocken aus durchsichtigem Glas einschließt. Diese sogenannten Dauerbrandlampen zeichnen sich dadurch aus, daß der Abbrand der Kohlen ein sehr viel geringerer, ihre Brenndauer deshalb eine sehr viel längere ist.

Von besonderem Interesse sind die in neuster Zeit aufgekommenen farbigen oder Effektbogenlampen, die sich von den gewöhnlichen Lampen dadurch unterscheiden, daß bei ihnen die Kohlen mit anorganischen Salzen von Barium, Strontium usw. getränkt sind, die in Flammenbogen verdampfen und in Dampfform kein kontinuierliches Spektrum, sondern vor allem leuchtende farbige Strahlen aussenden. Während derartige Versuche bereits lange zurückreichen, sind erst in neuerer Zeit praktische Resultate erreicht worden und derartige farbige Bogenlampen eingeführt worden, bei denen der Stromverbrauch auf die Kerze nur etwa ein Drittel der gewöhnlichen Bogenlampen beträgt.

Zwischen der elektrischen Glühlampe und der offenen Bogenlampe war eine weite Lücke. Während die elektrischen Glühlampen, wenn man von einzelnen besonders in Amerika beliebten, aber unpraktischen und unvorteilhaften Ausnahmen absieht, nur bis zu etwa 50 Kerzen hergestellt wurden, fingen die elektrischen Bogenlampen erst bei einer Lichtstärke von mehreren hundert Kerzen an. Diese Lücke ist bereits, wie wir eben gesehen haben, zum Teil durch die kleinen Bogenlampen ausgefüllt worden. Eine weitere Ergänzung haben die neueren Erfindungen in der Glühlichtbeleuchtung, die “Osmium”und die “Nernst” lampe, gebildet.

Bei der Osmiumlampe, die von Auer, dem bekannten Erfinder des Auerschen Glühlichts, herrührt, besteht der Glühkörper aus einem sehr schwer schmelzbaren Metall der Platingruppe, namens Osmium. Das reine Osmium besitzt von allen Metallen den höchsten Schmelzpunkt; es kann deshalb durch den elektrischen Strom zu einer sehr hohen Temperatur gebracht werden, ohne sich zu verändern, und sendet bei dieser Temperatur einen sehr intensiven Lichtstrahl aus. Der Stromverbrauch der Osmiumlampe ist deshalb ein viel geringerer als bei der Kohlenglühlampe, der Nutzeffekt ein sehr viel größerer, die Farbe des Lichts eine sehr angenehme.

Diesen unleugbar großen Vorteilen gegenüber hat die Osmiumlampe den Nachteil, daß sie bei der geringen Spannung von etwa 50 Volt funktioniert. Da in den bestehenden Elektrizitätszentralen die Spannung mindestens 110, bei den meisten, wie zum Beispiel in Berlin aber sogar 220 Volt beträgt, so müssen immer 4 bis 5 Osmiumlampen hintereinander geschaltet werden. die nur gleichzeitig ein· und ausgeschaltet werden. Die Einführung dieser Lampe ist daher vorläufig nur dort rationell, wo, wie in Restaurants, Cafés oder Schaufenstern, stets mindestens vier Lampen gleichzeitig funktionieren.

Wahrend die Osmiumlampe einen metallischen Leiter von hohem Widerstand und hohem Schmelzpunkt verwendet benutzt die Nernstlampe als Glühkörper einen Nichtleiter. Sie beruht auf dem lange bekannten und schon 1877 von Jablochkoff in die Praxis übertragenen Prinzip, daß Nichtleiter wie Porzellan, Kaolin usw leitend werden wenn sie auf höhere Temperatur erhitzt werden.

Es ist das unleugbar große Verdienst von Nernst dieses vergessene Prinzip wieder erfunden und diesmal durch praktische Ausgestaltung auch in die Praxis eingeführt zu haben. In der Nernstschen Glühlampe ist der Glühkörper aus den Oxyden der seltenen Erden, wie z. B. dem Zirkonoxyd, Uttriumoryd, Ceroxyd, Thoroxyd usw. zusammengesetzt, aus ähnlichen Stoffen also, wie sie in dem Gasglühlicht benutzt werden. Die Anwärmung erfolgt in der ersten Zeit durch einen Anzünder. Diese Einrichtung, die eine der Hauptannehmlichkeiten des elektrischen Lichtes, nämlich die leichte Ein- und Ausschaltbarkeit illusorisch machte, hat sich jedoch in die Praxis nicht einführen können, vielmehr haben die Nernstlampen eine allgemeine Einführung erst erreicht, als es gelang, auch die Anheizung durch eine sinnreiche Konstruktion auf elektrischem Weg zu bewerkstelligen.

Wie eigentümlich die Wechselwirkung der verschiedenen Industrien aufeinander ist, zeigt eins der jüngsten Kinder der Beleuchtungsindustrie: das Azetylen das ein Produkt der elektrischen Industrie ist, selbst aber zu den Gasbeleuchtungen gehört und in gewisser Beziehung der elektrischen Industrie Konkurrenz zu machen geeignet ist. Die Flamme des Azetylen ist Ungemein hell, von sehr angenehmer Farbe und großem Glanz. Sie ist vielleicht, absolut genommen, die schönste und angenehmste Beleuchtung, die es gibt. Ihre große Helligkeit auf der hohen Temperatur der Flamme und dem großen Kohlestoffreichtum des Gases. Indem in der Flamme eine große Menge Kohlenstoff ausgeschieden und auf sehr hohe Temperatur erhitzt wird, entsteht ein sehr intensives Licht.

In neuerer Zeit wird auch das Azetylen in der Form von Azetylenglühlicht verwendet. Da die Temperatur der Azetylenflamme eine viel höhere als jene der Steinkohlengasflamme ist, so ist auch die Lichtemission Auerschen Glühkörpers in der Azetylenflamme noch erheblich höhere als in der Steinkohlengasflamme . Zur Erreichung einer Hefnerkerze werden nur 0,25 – 0,3 Azetylen in der Stunde gebraucht. Wenn das Azetylen noch nicht jene Ausdehnung gewonnen hat, die es seinen Eigenschaften nach verdient, so ist die Ursache hierfür einmal in dem Preis zu suchen, der teurer als bei Gasglühlicht ist, zweitens aber hauptsächlich in dem Vorurteil des Publikums, das durch einige frühere Explosionen abgeschreckt, das Azetylen für besonders gefährlich hält. In Wirklichkeit ist bei sachgemäßer Installation die Azetylenbeleuchtung nicht gefährlicher als die Gas oder irgendeine andere Beleuchtung.

Während die Anwendung der Glühlichtbeleuchtung auf das Petroleum wegen der komplizierten Zusammensetzung dieses Materials zu einem vollen Erfolg noch nicht geführt hat, liegen die Verhältnisse bei der Spiritusglühlichtlampe, die zur Verdampfung eine einheitliche Substanz, den Alkohol, verwendet, wesentlich besser. Es gibt eine ganze Reihe von Spiritusglühlichtlampen, die mehr oder weniger sicher funktionieren, und die zum Teil, unterstützt durch das große Interesse der maßgebenden Kreise für die Ausbreitung aller landwirtschaftlichen Produkte, sich bereits gut eingeführt haben.

Für den Vergleich der verschiedenen Beleuchtungsmittel sind von besonderem Interesse die Betriebskosten, die in der folgenden Tabelle für die meist bekannten Beleuchtungsmittel zum Teil nach Lummer angeführt sind.

Als das billigste Beleuchtungsmittel kommt das Gasglühlicht überall da in erster Linie zur Anwendung, wo die Betriebskosten und die Helligkeit der Beleuchtung eine ausschlaggebende Rolle spielen. Das elektrische Bogenlicht hat seine Hauptverwendung für die Beleuchtung im Freien, wo es auf sehr große Lichteffekte ankommt, wie in Hauptstraßen mit lebhaftem Verkehr, auf Bahnhöfen usw., während es für die Innenbeleuchtung wegen seiner großen absoluten Lichtstärke und wegen des unruhigen Brennens nur für sehr große und hohe Räume in Frage kommt. Das elektrische Glühlicht ist in bezug auf den angenehmen warmen Farbenton des Lichts, auf Feuersicherheit, hygienische Erfordernisse und dekorative Verwendbarkeit unzweifelhaft das idealste Licht, vom ökonomischen Standpunkt aus aber noch sehr verbesserungsbedürftig.

Wenn die Ausbildung der Beleuchtungstechnik dermaßen reichhaltig ist, daß man die stärksten und eigen artigsten Lichtwirkungen hervorzubringen vermag, so ist sie doch in einer Beziehung sehr weit zurückgeblieben.

Es ist eine Grundforderung unserer gesamten modernen Technik, daß es nicht nur darauf ankommt, besonders große Leistungen zu erreichen, sondern vor allem, daß jede Leistung mit einem Minimum von Arbeit und Energie erreicht wird. In dieser Beziehung steht nun die Beleuchtungstechnik weit hinter den meisten andern Industrien zurück. Wenn bei der Petroleumbeleuchtung noch heute der Nutzeffekt nur 0,5 Prozent, bei dem Auerschen Gasglühlicht 1,6 Prozent, bei der elektrischen Bogenlampe etwa 10 Prozent beträgt, d. h., daß von der zur Erzeugung der Lichtwirkung bei diesen Leuchtstoffen angewandten Energie beim Petroleum 99,5 Prozent, beim Auerschen Glühlicht 98,4 Prozent und beim elektrischen Bogenlicht 90 Prozent verloren gehen, so ist dies ein klägliches Resultat. Vergleichen wir mit diesen Produkten der Technik die in der Natur vorkommenden Lichtträger des Tier · und Pflanzenreichs, wie z. B. die Glühwürmchen, so finden wir, daß hierbei fast die gesamte aufgewendete Energie, die natürlich nur minimal ist, in Licht umgesetzt wird.

Wenn also die heutige Beleuchtungstechnik auch unleugbar einen hohen Grad von Leistungsfähigkeit erreicht hat, so ist doch noch sehr viel zu ihrer rationellen Entwicklung zu tun. Der weitere Ausbau der Temperaturstrahlung durch Erzeugung von immer höheren Temperaturen und Auswahl von Glühkörpern, die derartig hohen Temperaturen widerstehen und bei ihnen eine möglichst günstige selektive Strahlung aussenden, ist das zunächst liegende Ziel. Noch weitere Ausblicke in ungeahnte Fernen aber ermöglicht uns das noch fast ganz brachliegende Gebiet der Lumineszenz, des kalten Lichts, wie es in ersten Anfängen in dem Teßlaschen Licht und in der Quecksilberlampe vorliegt, auf dem die Beleuchtungstechnik sich in ferner Zukunft wohl zu ungeahnter Schönheit und Wirkung entwickeln wird.

Dieser Artikel erschien zuerst 1905 in Die Woche. Das beigefügte Bild ist ein Beispielbild von Lukas Baumert auf Pixabay und steht nicht im Zusammenhang mit dem Artikel.