Sie sind hier : Startseite →  Film- und Kino-Technik→  Die Kinotechnik→  Der Hochstromkohlebogen→  Lichtbogen-Lampe 06

Wie funktioniert die Lichtbogen-Lampe ? (aus 1947)

Der Lichtbogen im Kino stark gefiltert

Bei der deutschen Nachkriegsgeneration (nach 1945) war die Lichtbogenlampe mit sogenannten Kohlen (es sind runde Kohle- stäbe) nur noch beim Film und im Kino bekannt. Dort wurden extreme Helligkeiten mit möglichst "schneeweißer" Farbtemperatur benötigt. Und bevor es die Xenon-Lampe gab, war die sogenannte Bogenlampe konkurrenzlos. Wie komplex und difizil diese Technik war und ist, wurde seltenst klar. Professor Dr. Wolfgang Ernst Finkelnburg hat das bis 1947 bekannte Wissen in seinem Buch sehr ausführlich beschrieben.

.

Fortsetzung
III. Allgemeine Eigenschaften und Betriebsbedingungen des Hochstromkohlebogens (wir nennen ihn "Lichtbogen").

.

6. Die Bogensäule beim Niederstrombogen und beim Hochstromkohlebogen

Beim Niederstrombogen haben wir es im allgemeinen mit einer einheitlichen Bogensäule zu tun, die sich zwischen der negativen Spitze und dem positiven Krater erstreckt.

Beim Hochstromkohlebogen haben wir zwei verschiedene Säulenteile zu unterscheiden, wenn wir unter der „Säule" weiterhin den Teil des Bogenplasmas verstehen, in dem der Stromtransport zwischen Kathode und Anode erfolgt.

Gehen wir von der Anode aus, so gelangen wir nach Durchschreiten des höchstens einige Zehntel mm dicken Anodenfallgebiets zu dem Teil der Bogensäule, der noch innerhalb des Anodendampf Strahls (der positiven Flamme) verläuft und von uns „turbulente Säule" genannt wird.

Über die Ionisierungsspannung des Anodenmaterialdampfes

Sie ist gekennzeichnet durch die Ionisierungsspannung des Anodenmaterialdampfes und besitzt daher eine andere Temperatur und einen anderen Ionisierungsgrad als die gleich zu besprechende normale Bogensäule in Luft. Sie besitzt ferner wegen der Blaswirkung des Anodendampfstrahls, die eine radiale Struktur und damit Stromdichteverteilung verhindert, auch eine andere Stromdichte.

Die turbulente Säule im Anodenmaterialdampf erstreckt sich meist nur über 5-15mm, während der Hauptteil der Säule wie beim gewöhnlichen Niederstrombogen gemäß Abb. 2 in Luft (mit wenig C2 und CN) verläuft.

Die diffuse und ausgebreitete Bogensäule in Luft

Bei Stromstärken unter 80 Amp. unterscheidet sich die diffuse und ausgebreitete Bogensäule in Luft (vgl. Abb. 6) nicht von der des Niederstrombogens, wie sie besonders von Mannkopff untersucht worden ist.

Über die kontrahierte Säule

Von großem Interesse dagegen ist die bei etwa 130 Amp. voll entwickelte kontrahierte Säule, deren allgemeine Erscheinung die Abb. i, 2, 3 und 8 erkennen lassen. Es sei deutlich betont, daß die Säulenkontraktion von den oben beschriebenen anodischen Vorgängen natürlich völlig unabhängig ist.

So zeigt Abb. 8 einen 180 Amp.-Bogen mit scharf kontrahierter Bogensäule, während an der großflächigen Anode von 3mm Durchmesser die Stromdichte noch nicht den kritischen Wert überschritten hat, bei dem der anodische Hochstrommechanismus beginnt.

Die turbulente Säule

Die turbulente Säule ist bisher nur beim Beckbogen untersucht worden. Ihre mittlere Temperatur liegt bei normaler Stromdichte bei 6.ooo°K, kann bei hoher Belastung aber bis weit über 7000°K steigen. Die Stromdichte entspricht etwa der anodischen Stromdichte, ist also mit 100—300 Amp./cm2 wesentlich kleiner als die der gleich zu besprechenden kontrahierten Säule. Der Säulengradient in der turbulenten Säule ist bisher nur ganz roh von Schlüge (87) durch Sondenmessungen ermittelt worden und nimmt mit wachsender Stromdichte erwartungsgemäß ab; er scheint zwischen 50 und 30 Volt/cm zu liegen.

Die Kontraktion am kathodischen Ansatz und der Dunkelraum

Die kontrahierte (zusammengezogene) Säule zeigt nach Abb. 2 ihre stärkste Kontraktion am kathodischen Ansatz; ihr Querschnitt nimmt in Richtung zur Anode hin erst stark, dann weniger stark zu, die Stromdichte entsprechend ab. Im Übergangsgebiet von kontrahierter Säule und Anodenflamme (bzw. turbulenter Säule) scheint erstere nicht, wie man erwarten sollte, glatt in die Anodenflamme einzumünden, sondern beide laufen ein Stück weit parallel und erscheinen nicht selten durch einen feinen Dunkelraum getrennt (vgl. Abb. 3).

Bei längerer Beobachtung des Verhaltens der Säule bei Schwankungen der Anodenflammenrichtung hat man tatsächlich oft den Eindruck des „Kampfes der positiven und negativen Flamme", von dem in älteren Beschreibungen des Beckbogens zuweilen die Rede ist.

Mehr über den Dunkelraum

Auch zwischen dem kathodenseitigen Ende der Säule und dem Kathodenbrennfleck scheint ein feiner Dunkelraum zu liegen. Die kontrahierte Säule selbst besteht (in Luft) aus einem weißlichen Kern, der nach den später zu besprechenden Untersuchungen das Gebiet höchster Temperatur und Stromdichte darstellt, und in dessen Mitte bei Stromstärken über 900 Amp. gemäß Abb. 122 noch ein dünner weißer Faden höherer Leuchtdichte auftritt.

Die gesamte kontrahierte Säule ist wieder durch einen Dunkelraum von einer Folge ihn umgebender bunter Säume (in Wirklichkeit also schlauchartiger Hüllen) getrennt, deren äußere Teile mit den Säumen der nicht kontrahierten Säule übereinzustimmen scheinen. Bei der Besprechung der spektroskopischen Untersuchungen gehen wir hierauf näher ein.

In dem spitzen Winkel, in dem normalerweise die kontrahierte Säule in die Anodenflamme einmündet, bildet sich nicht selten ein bis in die eigentliche Anodenflamme sich erstreckender Dunkelraum aus, der noch nicht befriedigend erklärt ist. Er spricht ebenso wie einige andere noch zu erwähnende Erscheinungen dafür, daß die kontrahierte Säule einen zur Anode hin gerichteten Impuls besitzt und die Anodenflamme richtig wegdrücken kann; doch ist eine physikalische Ursache für diesen Impuls bisher nicht recht einzusehen.

Das Stromübergangsgebiet mit Magnetfeldern steuern

Die Richtung der kontrahierten Säule stimmt, wie erwähnt, nicht mit der kürzesten Verbindung zwischen Kathodenbrennfleck und positivem Krater überein, sondern ist zunächst durch die Richtung der negativen Kohle gegeben, deren Verlängerung sie darstellt. In ihrem oberen Teil biegt sie dann gemäß Abb. 2, 3 in Richtung der Anodenflamme um und schmiegt sich dieser an, so daß der Stromübergang dort bei relativ geringer Stromdichte auf einer größeren Fläche erfolgt.

Durch Anwendung geeigneter Magnetfelder (vgl. S. 142) konnte Hannappel (42) dieses Stromübergangsgebiet weitgehend beeinflussen, insbesondere verkleinern oder vergrößern. So ist es beispielsweise möglich, gemäß Abb. 97 die positive und negative Flamme so weit zu trennen, daß der Stromübergang in einem nur schwach leuchtenden Plasma erfolgt, das sich fächerförmig zwischen der ganzen Länge der Flammen ausdehnt.

Die nahe der Kathode besonders auffällige Richtungsstabilität der kontrahierten Säule (negativen Flamme) ist wie die Kontraktion selbst vom Verfasser als Wirkung des Eigenmagnetfelds des Bogenstroms gedeutet worden (16), das überhaupt für die Stabilität des deshalb von uns als „eigenfeidstabilisiert bezeichneten Hochstrombogens eine wichtige Rolle spielt (27).

Das "Wendeln" der Säule

Bei Stromstärken über 400 Amp. zeigt die kontrahierte Säule gelegentlich und oberhalb 500 Amp. ohne besondere Maßnahmen stets die sehr störende Erscheinung des „Wendelns". Sie besteht darin, daß die normalerweise gemäß Abb.9a ruhig und glatt in den positiven Krater bzw. vor diesem in die Anodenflamme einmündende Säule plötzlich unter pfeifendem Geräusch sich gemäß Abb. 9b in ein Strombüschel aufzulösen scheint, das die ganze Anodenstirnfläche umhüllt und die Anodenflamme förmlich zerbläst.

Der in der Bogensäule transportierte Elektronenstrom trifft dadurch nicht mehr vorwiegend und gleichmäßig die Anodenstirnfläche; die anodische Stromdichte und mit ihr Verdampfung und Leuchtdichte sinken ab. Zeitlupenuntersuchungen von Guillery und Beck (39, 5) haben ergeben, daß es sich bei der Erscheinung des Wendelns um eine sehr schnell verlaufende, magnetisch bewirkte Rotation der Bogensäule handelt (vgl. Abb. 10). Eine Abhängigkeit der Erscheinung vom Material der Negativkohle ist festgestellt, aber bisher schwer sicher zu deuten.

Ob auch bei Wechsel- und drehstrombetriebenen Bögen genügender Stromstärke eine Säulenkontraktion auftritt, ist noch nicht untersucht worden.

7. Der negative Brennfleck.

Infolge der starken Kontraktion der Bogensäule vor der Kathode setzt der Bogen an dieser auch bei höchsten Stromstärken mit einem kleinen Brennfleck von nur wenigen mm Durchmesser an. Die kathodische Stromdichte nimmt dabei mit wachsender Belastung nach Messungen von Guillery ( j) bis etwa 5.000 Amp./cm2 zu, um dann konstant zu bleiben. Da die Luft zu der gesamten glühenden Spitze der Negativkohle ungehinderten Zutritt hat, zundert diese je nach der Dichte des Kohlematerials mehr oder weniger stark ab, wodurch im Gegensatz zur Positivkohle die Negativkohle ihre Spitze im Betrieb stets behält.

Die Bedeutung der Bogenruhe

Ihre genaue Form ist für die Bogenruhe von einiger Bedeutung und hängt von der Belastung, dem Kohledurchmesser und der Dichte des Materials ab. Je höher die Belastung und je geringer der Durchmesser der Negativkohle ist, um so schlanker wird natürlich die Spitze. Eine mittlere Spitzenlänge ist am günstigsten.

Der Kathodenbrennfleck

Der eigentliche Kathodenbrennfleck soll in der Mitte der äußersten negativen Spitze festsitzen. Um ihn dort zu halten, versieht man die Negativkohle meist mit einem dünnen Docht aus Kohlenstoff mit einigen Binde- und Beruhigungszusätzen.

Der Kathodenbrennfleck bildet sich dort einen ganz flachen Krater, oft Brennschüssel genannt. Beginnt mit zunehmender Belastung trotz der erheblichen Kühlung durch die Elektronenemission auch im negativen Brennfleck die Verdampfung beträchtlich zu werden, so würde die kleine Brennschüssel sich unerwünscht vertiefen, wenn nicht in gleichem Maße durch seitliches Abzundern ein Abbau (Abbrand) der ganzen Negativkohle erfolgte.

Der tiefe Brennkrater und das Wendeln

Bildet sich trotzdem ein zu tiefer Brennkrater, so ist dieser häufig der Anlaß zu dem schon erwähnten Wendeln der Bogensäule. Bei sehr großen Stromstärken kann nach Guillery ( j) auch an der negativen Kohle der Siedepunkt überschritten werden und eine starke Verdampfung einsetzen.

Da die äußere Erscheinung der kontrahierten Säule sich dadurch nicht merklich verändert, scheint der entstehende Dampfstrom auf den Säulenmechanismus keinen wesentlichen Einfluß zu haben.

Zeitlupenaufnahmen von Rohloff (79) scheinen für diesen Schluß zu sprechen; doch bedürfen die gesamten mit der negativen Flamme zusammenhängenden Erscheinungen noch näherer Untersuchung.

8. Das Zischen des überlasteten Homogenkohlebogens.

Versucht man einen Homogenkohlebogen oder einen Reinkohlebogen (positiver Docht im wesentlichen aus reinem Kohlenstoff bestehend) zu überlasten, so beobachtet man im allgemeinen eine neue physikalische Erscheinung: das Zischen.

Unter Absinken der Brennspannung um 8—10 Volt tritt ein mehr oder weniger lautes zischendes Geräusch auf (verbunden mit Rundfunkstörungen!), während die Anodenstirnfläche eine unruhige Lichtverteilung zeigt und sich, wie besonders in Seitenansicht gut zu erkennen, mit einer grünlich-bläulichen Kohlenstoff- Dampfschicht überzieht, die bei weiterer Steigerung der Strombelastung sich allmählich zur Anodenflamme des zischenden Homogenkohle-Hochstrombogens entwickelt.

Zischen, ein besonderer anodischer Vorgang

Es läßt sich experimentell leicht zeigen, daß die Zischvorgänge an der Anode lokalisiert sind, daß sie ferner mit Verdampfungsvorgängen verknüpft sind und somit als Hochstromvorgänge aufgefaßt werden müssen.

Das Zischen ist nach Weizel und Faßbender 1) mit der Ausbildung eines sich mit großer Geschwindigkeit auf der Anodenstirnfläche umherbewegenden Anodenbrennflecks verbunden, stellt also einen besonderen anodischen Vorgang dar, dessen Einzelheiten und physikalische Eigenschaften S. 40 f. eingehend behandelt und gedeutet werden.

Das Zischen setzt ein, sobald die normale anodische Stromdichte von etwa 40 Amp./cm² überschritten wird. Erleichtert man durch entsprechende Bogenstellung dem Bogen bei Stromstärkeerhöhung das Übergreifen auf die Mantelfläche der Positivkohle und verhindert damit eine Vergrößerung der Stromdichte über den kritischen Wert hinaus, so bleibt das Zischen aus.

Es tritt ferner allgemein nur bei homogenen, keinen wesentlichen Zusatz an Metallsalzen enthaltenden Kohlen (daher auch an Reinkohlen) auf, nicht dagegen an positiven Effektkohlen, die Metallsalze enthalten. Aus dieser Tatsache folgt, daß z. B. das homogene Mantelmaterial von Beckkohlen zum Zischen neigt, und tatsächlich kann hier Zischen auftreten, wenn infolge ungünstiger Kohlenstellung und zu tiefen Kraters der Bogen überwiegend am Mantel der positiven Beckkohle ansetzt und hier der kritische Wert der Stromdichte überschritten wird.
*) Zitat S. 41

Dei Unterschiede der Zischeigenschaften

Infolge der Zischeigenschaft des Homogenkohlebogens bestehen trotz der auffallenden Ähnlichkeit der Hochstromerscheinungen bei diesem und den Dochtbögen im Mechanismus gewisse Unterschiede, von denen wir im folgenden noch hören werden. Wenn im nächsten Kapitel aber von den Eigenschaften des positiven Hochstrombogenkraters die Rede ist, so haben wir stets zu bedenken, daß es sich beim Homogenkohlebogen im Gegensatz zum nicht zischenden Beckbogen um zeitlich gemittelte Eigenschaften handelt.

Vom Zischen scharf zu unterscheiden sind eine Anzahl von Vorgängen, die mit knatterndem, prasselndem, pfeifendem oder fauchendem Geräusch verbunden sind und die teils bei sehr starker Überlastung, teils bei sehr großer Bogenlänge auftreten. Während sie im ersteren Fall auf eruptionsartigen Verdampfungsvorgängen beruhen, handelt es sich im zweiten Fall, wie Weizel und Schmitz 1) einwandfrei bestätigen, nicht um anodische, sondern um Säulen- bzw. Flammenvorgänge, insbesondere um das periodische Zusammenschlagen der zu zwei flammenartigen Gebilden zerrissenen Hälften der Bogensäule (Flammenbogen, besonders gut bei Wechselstrom zu beobachten!).

9. Der Wechselhochstrombogen.

Die bisherigen Ausführungen bezogen sich überwiegend auf gleichstrombetriebene Bögen, weil bei diesen die polaren Erscheinungen zeitlich konstant und räumlich gut getrennt zu beobachten sind.

Grundsätzlich die gleichen Erscheinungen können aber nach Haury und dem Verfasser (25) auch am Einphasen-Wechselstrombogen beobachtet werden. Erwartungsgemäß erhält man bei dem zwischen zwei gleichen Kohlen brennenden Wechselhochstrombogen ein etwas unruhiges Bogenbild ohne erkennbare Einzelheiten.

Eine Anodenflamme abwechselnd 50mal je Sekunde

Die stroboskopische Beobachtung zeigt aber, daß bei genügend großer Stromstärke 50mal je Sekunde abwechselnd aus jeder der beiden Kohlen eine Anodenflamme hervorschießt, das typische Merkmal eines echten Hochstromkohlebogens.

Die Strombelastung muß dazu allerdings doppelt so hoch gewählt werden wie beim Gleichstrombogen unter sonst gleichen Verhältnissen (Kohledurchmesser), weil im Zeitmittel jeder Kohlestirnfläche ja nur die halbe Bogenenergie zugeführt wird.

Über das Erlöschen des Bogens mit Wiederzuzünden

Oszillographisch erkennt man, wie beim Wechselniederstrombogen, ein Erlöschen des Bogens, sobald die Spannung in jeder Periode die Bogenbrennspannung unterschreitet, und ein Wiederzuzünden, sobald die Spannung U die dem jeweiligen Ionisierungsgrad der Gasstrecke entsprechende Zündspannung wieder erreicht. Um die dazwischen liegende „Dunkelzeit" des Wechselstrombogens möglichst klein zu halten, arbeitet man zweckmäßig mit möglichst geringer Bogenlänge.
1) Dissertation Schmitz, Bonn 1941.

Technisch ist der Wechselstrom-Beckbogen durch eine relativ geringe Leuchtdichte jedes der beiden Krater, aber durch großen Gesamtlichtstrom und gute Lichtausbeute gekennzeichnet, käme also grundsätzlich für Aufheller aller Art (vgl. S. 204), nicht dagegen für Scheinwerfer im engeren Sinn in Frage, da deren Reichweite von der Leuchtdichte abhängt.

10. Der Drehstrom-Beckbogen.

Erste Versuche mit einem drehstrombetriebenen Beckbogen sind in den letzten Jahren von der Körting und Mathiesen A.G. in Leipzig und unabhängig von Haury und dem Verfasser angestellt worden.

Beide Versuchsanordnungen arbeiten mit drei gleichen Beckkohlen. Versuche über die günstigste Kohlenstellung ergaben bei Körting und Mathiesen, daß ein ruhig brennender Drehstrom-Beckbogen (andere Formen des Hochstromkohlebogens sind mit Drehstrombetrieb noch nicht untersucht worden!) nur möglich war, wenn die drei Kohlen nahezu in einer Ebene angeordnet waren, da bei stärker geneigten Kohlen besonders bei höherer Stromstärke (gearbeitet wurde bei Stromstärken bis zu 1500 Amp.!) das Eigenmagnetfeld und die Blaswirkung der Anodenflammen den Bogen völlig zerbliesen.

Das Leuchtdampfplasma ist die Lichtquelle

Bei dieser nahezu komplanaren Kohlenstellung wirkt als eigentliche Lichtquelle das Leuchtdampfplasma im Mittelpunkt der drei Kohlen (vgl. Abb. 98). Wegen des fehlenden Kraterhintergrundes war bei diesen Versuchsbögen die Leuchtdichte, trotz sehr großer Frontallichtstärke und guter Lichtausbeute, zwischen den 3 Kratern nur gering und erreichte erst bei den höchsten Stromstärken die 100.000-Stilb-Grenze.

Ausnutzung der Randzonen des Hohlspiegels

In den 3 Kratern dagegen konnten Leuchtdichten bis zu 150.000 Stilb gemessen werden. Steht dieser Drehstrombogen im Brennpunkt eines Hohlspiegels, so werden folglich dessen Randzonen durch die direkte Kraterstrahlung getroffen, ein unbezweifelbarer Vorteil der Drehstromlampe von Körting und Mathiesen, deren Entwicklung besonders von Laue und Werner stammt.

Haury hat demgegenüber eine Drehstromlampe mit entgegengesetzter Kohlenanordnung entwickelt (43), d. h. nach Abb. 101 drei parallel angeordnete Kohlen verwendet, und hat die Bogenstabilität durch eine sehr hübsch erdachte, S. 145 noch genauer zu besprechende magnetische Bogenstabilisierung erzwungen.

Der Drehstrom-Beckbogens hätte Vorteile

Die ersten Versuche mit dieser Haury-Lampe sind recht befriedigend verlaufen, doch liegen zahlenmäßige Ergebnisse wegen des durch äußere Umstände veranlaßten vorläufigen Abbruchs der Arbeiten noch nicht vor. (Anmerkung: Das bedeutete nur, der zweite Weltkrieg war voll entbrannt und verlief für Deutschland zunehmend ungünstig.) Für die Weiterentwicklung des Drehstrom-Beckbogens, für den wir theoretisch eine recht gute Lichtausbeute erwarten, dürfte u. E. in erster Linie das Haurvsche Prinzip in Frage kommen.

Da neben dem Gleichstrom-Beckbogen technisch wohl nur der Drehstrom- Beckbogen Zukunft haben dürfte, waren auch die Wechselstromuntersuchungen von Haury und dem Verfasser (25) nur als Vorarbeit für die Untersuchung des Drehstrombogens gedacht.

11. Hochstrombogenkohlen.

Da beim Hochstromkohlebogen die Verdampfung des Anodenmaterials für den Mechanismus von entscheidender Bedeutung ist, ist besonders der Aufbau und die fabrikatorische Behandlung der Hochstromkohlen von Wichtigkeit. Bei diesen handelt es sich durchweg um sog. Kunstkohlen.

Feingemahlener Kohlenstoff aus Koks, Ruß, Graphit . . . .

Sie werden aus einer preßbaren Mischung von feingemahlenem Kohlenstoff (je nach Absicht Koks, Ruß, Graphit oder Mischungen dieser Komponenten) mit Teer oder Pech gepreßt und erhalten nach dem Trocknen durch mehrtägiges Glühen bei Temperaturen bis zu 12.000° Celsius ihre Härte. Bei den Homogenkohlen (und den Mänteln der Dochtkohlen) unterscheidet man demgemäß Koks-, Ruß- und Graphitkohlen, wobei als charakteristische Größe der spezifische Widerstand der fertigen Kohle dienen kann.

Dieser beträgt bei Graphitkohlen weniger als 20.000 µOhm/cm, bei Kokskohlen 5.000—5.500 µOhm/cm und bei Rußkohlen 8.000 µOhm/cm.

Wir werden noch hören, daß z. B. für die Zisch Vorgänge bei Homogenkohle- Hochstrombögen die Art des Kohlematerials von großer Bedeutung ist.
.

Allermeist nur noch Dochtkohlen

Beim Beckbogen und den meisten anderen Formen des Hochstromkohlebogens werden positive wie negative Dochtkohlen verwandt. Bei diesen werden die Kohlemäntel wie oben für die Homogenkohlen beschrieben hergestellt. Auch bei den Beckbögen kann die verschiedene Leitfähigkeit der Kohlemäntel aus Koks, Ruß oder Graphit von Bedeutung sein.

Das Dochtmaterial besteht aus einer weicheren Mischung von Kohlenstoffmaterial, Teer und bestimmten Zusätzen (Leuchtsalzen, Borsäure und Bindemitteln) und wird bei den sog. Weichdochtkohlen in die fertigen Mäntel eingepreßt und anschließend bei mäßiger Temperatur (bis 9.000° C) getrocknet.

Für hochbelastbare Positivkohlen dagegen preßt man auch die Dochte nach Art von Homogenkohlen aus einer recht trockenen Mischung und brennt sie wie die Homogenkohlen bei einer Temperatur von 1.000° - 1.200° C.

Man erhält auf diese Weise äußerst feste sog. Hartdochte, die anschließend in passende Kohlemäntel eingekittet (Hartdocht- oder Kernkohlen) oder direkt als Nurdochtkohlen verwendet werden. Nach Untersuchungen von Stintzing (93) ist auch die Feinkörnigkeit des Mantel- wie des Dochtmaterials für die Brenneigenschaften der Positiv- wie der Negativkohle von Bedeutung.
.

Die Stromzuführung bzw. Einspannung

Werden die Kohlen in der Lampe an ihrem hinteren Ende eingespannt und dort der Strom zugeführt, so werden sie in einer Dicke von 0,06 - 0,20mm verkupfert, weil unverkupferte Kohlen durch die für den Hochstrombogen erforderliche große Stromstärke auf ihrer ganzen Länge zum Glühen kämen. Nur bei Stromzuführung dicht am Brennende kann auf die Verkupferung verzichtet werden. Eine besonders starke Verkupferimg ist für Wechselstromkohlen erforderlich, wie Haury (25) festgestellt und auch theoretisch verständlich gemacht hat.

Woraus der Docht besteht

Der meist sehr dünne Docht der Negativkohlen besteht im wesentlichen aus reinem Kohlenstoff mit geringen Zusätzen zur Bindung, zur Bogenberuhigung (Borsäure) und bei Beckkohlen auch noch zur Verhinderung der Bildung von Karbidtropfen an der negativen Spitze. Im einzelnen sind die Dochtrezepte wie die Fabrikations- Einzelheiten natürlich Geheimnis der Kohlefabriken.

Hochgesalzene Positivkohlen versprechen hohe Leuchtdichten

Allgemein sei schon hier erwähnt, daß bei dem besonders interessierenden Beckbogen hochgesalzene Positivkohlen (über 40 Gewichtsprozente Leuchtsalz im Dochtmaterial) eine sehr hohe Leuchtdichte ergeben, aber leicht (besonders bei geringer Überlastung) zum Flackern, Rußen und zur Bildung bräunlicher Schwaden vor dem Krater neigen.

Schwach gesalzene oder nachträglich bei hoher Temperatur geglühte Kohlen dagegen ergeben zwar geringere Leuchtdichten, sind aber weniger empfindlich gegen Überlastung und zeichnen sich durch besondere Lichtruhe angenehm aus.

Man muß also in der Praxis je nach den Anforderungen die geeignete Positivkohle wählen. Das gilt ebenfalls für das Verhältnis von Mantel- zu Dochtdurchmesser, auf dessen Bedeutung wir noch zurückkommen.

Auch die Negativkohle muß bezüglich Durchmesser, Material, Docht und gegebenenfalls Verkupferung der jeweiligen Belastung angepaßt sein. Die Kohlefirmen geben empfehlenswerte Paarungen von Positiv- und Negativkohlen für die verschiedenen Normalbelastungen in ihren Druckschriften bekannt, doch muß man für Sonderbelastungen diese selbst erproben.

12. Die Technik des experimentellen Arbeitens mit dem Hochstromkohlebogen.

Zum Experimentieren mit dem Hochstromkohlebogen sind grundsätzlich alle üblichen Bogenlampen verwendbar, sofern sie für die in Frage kommenden Stromstärken stabil genug gebaut sind.

Auf die Frage technisch brauchbarer Hochstrombogenlampen kommen wir in Kap. VI zurück. Da beim Hochstrombogen der Elektronenstrom der Bogensäule möglichst ausschließlich die Stirnfläche der Positivkohle erreichen soll, ist beim frei brennenden, nicht stabilisierten Gleichstrombogen ein Winkel von 100° - 150° zwischen den Kohlen empfehlenswert.

Bei Stromstärken unter 100 Amp. kann man auch mit koaxialen Kohlen arbeiten, muß dann aber den Nachteil in Kauf nehmen, daß man nicht senkrecht auf den positiven Krater blicken und daher dessen Strahlung nicht voll ausnutzen kann.

Wenn die Kohlen in einem Winkel zueinander stehen

Bei einem rechten 90° oder gar noch kleineren Winkel umgekehrt muß bei großen Stromstärken durch die später zu besprechenden Stabilisierungseinrichtungen (vgl. S. 142) für ein richtiges „Einmünden" der Bogensäule in den positiven Krater bzw. in die Anodenflamme vor diesem gesorgt werden.

Über die Stromzuführungen

Für den wechselstrombetriebenen Hochstrombogen kann man die gleichen Lampen benutzen, während sich die Drehstrombogenlampen, wie S. 21 bereits erwähnt, noch durchaus im Versuchsstadium befinden.

Bei den meisten Bogenlampen werden die Kohlen an ihrem hinteren Ende fest eingespannt und ihnen an dieser Stelle gleichzeitig der Strom zugeführt. In diesen Fällen müssen verkupferte Kohlen verwendet werden. Die Dicke der Kupferhaut wird von der Kohlefirma so gewählt, daß sie bei der vorgesehenen Strombelastung je nach dem Kohledurchmesser 1—2 cm hinter dem Brennende abschmilzt.

Dadurch glüht nur dieses kurze Ende; andererseits wird das das Bogengleichgewicht störende und die Bogenstrahlung stark herabsetzende Eintreten von Kupferdämpfen in den eigentlichen Bogen sicher verhindert.

Daß bei Wechselstrombetrieb die Kohlen besonders dick verkupfert werden müssen, wurde bereits erwähnt.

Stromzuführung und Rotation

Bei automatischen größeren Becklampen erfolgt der Vorschub der Positivkohle vielfach unter gleichzeitiger Rotation, weil man dadurch einen sehr gleichmäßigen positiven Krater erhält. Da die Kohle dann nicht fest eingespannt werden kann, umfaßt man ihr vorderes Ende einige cm hinter dem Krater durch einen federnd angepreßten, den Strom zuführenden Führungskopf. Bei derartiger vorderer Stromzuführimg erübrigt sich natürlich eine Verkupferung der Kohle.

Stromzuführung mit Schleifbacken

Für den 1000-Amp.- Gleichstrom-Beckbogen hat man neuerdings auch mit Erfolg positive Rechteckkohlen verwendet, deren Fläche gleichmäßiger und vollständiger von der kontrahierten Säule (negativen Flamme) her aufgeheizt wird als die üblichen runden Kohlen größerer Durchmesser (vgl. Abb. 122). Eine Rotation der Kohle entfällt dann natürlich; die Stromzufuhr erfolgt durch angepreßte Silbergraphit-Schleifbacken.

Über den gleichmäßigen Kohlenachschub

Da der sog. Abbrand besonders der Positivkohle (in Wirklichkeit deren Verdampfung!) beim Hochstrombogen sehr beträchtliche Werte annehmen kann (200mm bis weit über 3.000 mm je Stunde gegenüber höchstens 100mm/h beim Niederstrombogen), muß dem gleichmäßigen Kohlenachschub einige Aufmerksamkeit gewidmet werden.

Das ist um so wichtiger, als der Hochstromkohlebogen wenigstens bei Gleichstrombetrieb bezüglich der richtigen gegenseitigen Stellung von Positiv- und Negativkohle sehr empfindlich ist und bereits auf geringe Einstellfehler mit oft beträchtlichen Strahlungs- und Leuchtdichteschwankungen reagiert.

Abb. 11 zeigt die äußere Erscheinung eines 180 Amp.-Beckbogens mit 10mm-Positivkohle bei zu weit rechts, richtig und zu weit links stehender Negativkohle.

Vorschub per Hand oder motorisch

Im allgemeinen soll bei Gleichstrombetrieb die Verlängerung der Achse der Negativkohle die Stirnfläche der Positivkohle etwas oberhalb der Mitte treffen. Das gilt für frei brennende Bögen, doch hängt die exakte Einstellung auch noch etwas von der jeweiligen Lampenkonstruktion und der Belastung ab, während sich für (z. B. magnetisch) stabilisierte Bögen allgemeine Regeln überhaupt nicht angeben lassen.

Bei den meisten kleineren Experimentierlampen wird der Vorschub beider Kohlen unabhängig von Hand betätigt und erfordert dann einige Aufmerksamkeit des Bedieners, der die richtige Kohlenstellung am besten an einem seitlich projizierten Bogenbild kontrolliert.

In der Kinoprojektion hat sich ein halbautomatischer Vorschub eingeführt, auf den wir S. 210 zurückkommen. Bei den großen Beckscheinwerfern dagegen wird durchweg mit vollautomatischen Nachschub beider Kohlen gearbeitet. Einzelheiten bringen wir bei der Besprechung der Geräte S. 198.

Über die Zündstrombegrenzungen

Wird der Gleichstrombogen aus dem Netz gespeist, so ist zur Verhinderung steiler Stromspitzen bei der Zündung sowie zur Stromstärkeregulierung ein Vorschaltwiderstand erforderlich. Es sei aber darauf hingewiesen, daß der Hochstromkohlebogen im Gegensatz zum Niederstrombogen wegen der gleich zu besprechenden steigenden Stromspannungskennlinie einen Stabilisierungswiderstand an sich nicht erfordert, grundsätzlich vielmehr auch ohne Vorschaltwiderstand stabil brennt.

Zur Energieersparnis ist es daher günstig, die Netzspannung z. B. des Gleichrichters nur wenig (10—20%) über der Bogenbrennspannung zu wählen.

Speisung aus einem Generator

Bei großen Scheinwerfern, deren jeder von einem eigenen Generator gespeist wird, verzichtet man auf einen Vorschaltwiderstand vollständig und regelt nur mit der Erregung.

Man verwendet dann die aus der Schweißtechnik bekannten Generatoren mit fallender Kennlinie und relativ geringem Kurzschlußstrom und braucht damit nicht einmal zur Zündung einen Widerstand.
.

Die Zündung durch Berühren

Die Zündung erfolgt bei kleinen Lampen allgemein durch Berühren und Auseinanderziehen der beiden Kohlen, bei großen Geräten meist durch eine dritte „Zündkohle", die elektromagnetisch betätigt bei Einschalten von der Negativkohle weggerissen wird, wobei die Dampferuptionen der Kohlen an der Berührungsstelle die Positivkohle erreichen und die Zündung bewirken, wie von den Brüdern Beck (5) und Guillery (37) aufgenommene Filme sehr schön zeigen.

Magnetische Stabilisierung der Anodenflamme

Bei Stromstärken über 450 Amp. ist mit einem völlig frei brennenden Bogen ein ruhiger Betrieb kaum mehr möglich. Hier ist eine Stabilisierung der Anodenflamme wie der kontrahierten Säule erforderlich. Sie geschieht durch Anwendung geeigneter magnetischer Felder, durch Luftströme oder durch beide Mittel gemeinsam. Wir kommen S. 140 f. auf die Bogenstabirisierung zurück.

Absaugen der gesundheitsschädlichen Gase

Da im Docht der positiven Hochstromkohlen meist Fluoride verwendet werden, entstehen beim Betrieb fluorhaltige Dämpfe, die durch Absaugen oder Entlüftung beseitigt werden, obwohl nach amerikanischen Messungen (vgl. 70a!) gesundheitsschädliche Gase (angeblich nur X02) selbst in unentlüfteten Brennkabinen nur in maximal einem fünftel der schädlichen Menge nachgewiesen werden konnten.

Bei großen Geräten (450 Amp. und darüber) wird trotzdem heute fast stets der ganze obere Teil der Anodenflamme mit allen entstehenden Dämpfen durch ein starkes Gebläse in eine Düse gesaugt (z. B. Abb. 122, 128, 129), womit gleichzeitig eine Art Stabilisierung der Anodenflamme erreicht und jede Spiegelgefährdung durch die lange Anodenflamme sicher verhindert wird.

Diese technisch erforderliche Verkürzung der Anodenflamme läßt sich heute zwar grundsätzlich auch auf magnetischem Wege erreichen (vgl. S. 141), ohne daß man strahlende Bogenteile absaugen und damit Energie vernichten muß, doch ist eine Abfuhr der Bogendämpfe auch dann noch unentbehrlich.

- Werbung Dezent -
Zur Startseite - © 2006 / 2019 - Deutsches Fernsehmuseum Wiesbaden - Copyright by Dipl. Ing. Gert Redlich - DSGVO - Privatsphäre - Redaktions-Telefon - zum Flohmarkt
Bitte einfach nur lächeln: Diese Seiten sind garantiert RDE / IPW zertifiziert und für Leser von 5 bis 108 Jahren freigegeben - kostenlos natürlich.