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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.

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Fortsetzung
IV. Die physikalischen Eigenschaften des Hochstromkohle- (Licht-) bogens.

Jetzt sind Sie im extrem technisch wissenschatlichen Bereich angekommen. Hier wird es sehr anspruchsvoll vom Verständnis und vom Durchblick.
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B-9. Die Farbe des Bogenlichts.


Das Interesse für die Farbe des Bogenlichts ist erst durch die Verwendung des Bogenlichts im Filmwesen und besonders bei der Farbfilmaufnahme in den letzten Jahren rege geworden.

Die Lichtfarbe kann aber auch mit Vorteil zur Kontrolle des richtigen Bogenbetriebs herangezogen werden, da Rußen, Schwadenbildung und fast alle anderen Bogenstörungen sich auch durch Änderungen der Bogenlichtfarbe bemerkbar machen.

a) Farb-Meßmethoden.

Eine anerkannt beste Meßmethode für die Lichtfarbe gibt es noch nicht. Zu unterscheiden sind zwei verschiedene Probleme.

Die quantitative Erfassung der subjektiv als Farbe empfundenen Eigenschaft

Es muß erstens eine Methode zur quantitativen Erfassung der subjektiv als Farbe empfundenen Eigenschaft des Bogenlichts gewählt werden, und zweitens müssen die durch diese Meßmethode ermittelten, die Lichtfarbe kennzeichnenden Zahlen in Beziehung gesetzt werden zur Farbe einer Normallichtquelle, als die meist die tageslichtähnliche Normalbeleuchtung B nach DIN 5033 mit der Farbtemperatur TF = 4.8oo°K gewählt wird.

Eine bereits 1947 umständliche Methode

Die "eindeutigste" Kennzeichnung der Lichtfarbe ist durch die spektrale Energie Verteilung im sichtbaren Gebiet gegeben, wie wir sie für zwei Belastungen des Beckbogens in Abb. 68 wiedergegeben haben.

Diese Methode ist aber erstens viel zu umständlich, und zweitens macht die Herstellung der Beziehung zur Normalbeleuchtungsfarbe Schwierigkeiten.
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Eine Methode mit möglichst monochromatischen Filtern

Man hat deshalb vielfach (vgl. Schering [85]) das sichtbare Spektralgebiet durch eine Anzahl möglichst monochromatischer Filter in einzelne Streifen eingeteilt und mit einem subjektiven Photometer unter Zwischenschaltung eines der Filter nach dem anderen die Lichtstärke oder Leuchtdichte der zu messenden Lichtquelle in diesen einzelnen Spektralgebieten gemessen.

Das Dreifilter-Farbmeßgerät von Zierold

Einfacher arbeitet das objektive Dreifilter-Farbmeßgerät von Zierold. Es benutzt ein Photoelement wie das objektive Luxmeter, und außerdem drei verschiedene Farbfilter, mit denen nacheinander die Lichtstärke bzw. Leuchtdichte der beleuchteten Lichtquelle in den drei von den Filtern durchgelassenen Spektralgebieten gemessen wird.

Bei Bogenlichtmessungen aufpassen

Für Bogenlichtmessungen bedeutet diese Nacheinandermessung wegen der unvermeidlichen Bogenschwankungen aber erfahrungsgemäß eine Fehlerquelle, falls nicht bei jeder Messung über eine längere Zeit gemittelt wird.

Bei allen diesen Methoden kann die Lichtfarbe ferner nicht durch eine Zahl gekennzeichnet werden, so daß die Ergebnisse zahlreicher Messungen schwer übersichtlich darzustellen sind.

Eine ganz einfache Messung

Das äußerste an Einfachheit der Lichtfarbmessung erreicht demgegenüber ein Vorschlag des Verfassers (19), nach dem lediglich die durch die 2mm starken Schott-Filter RG 1 und BG 12 mit einem Filter-Photronelement gemessenen Werte des Blauanteils und des Rotanteils des Lichtes zur Kennzeichnung der Lichtfarbe verwandt werden sollen.

Die beiden Filter werden bei der einfachsten Ausführung in einem Rähmchen vor der Zelle verschiebbar angeordnet und wie bei dem Zierold-Dreifilter-Farbmeßgerät nacheinander vor die Zelle geschoben.

Um den hierdurch entstehenden oben erwähnten Fehler zu vermeiden, sehen wir neuerdings zwei identische Photoelemente mit fest angebrachten Filtern vor, die gleichzeitig beleuchtet werden.

Die von ihnen erzeugten, den beiden Farbanteilen proportionalen Photoströme werden gemessen und der Quotient von Blau- und Rotanteil gebildet, eventuell auch mit geeigneten Meßinstrumenten direkt abgelesen.

Diesen Quotienten verwenden wir als „Farbindex" zur Kennzeichnung der Lichtfarbe und haben damit gegenüber allen anderen Methoden der Farbmessung nicht nur den Vorteil größter Einfachheit der Messung, sondern gleichzeitig den Vorteil der Kennzeichnung der Lichtfarbe durch eine einzige Zahl.

Diese einfache Farbindexmethode arbeitet allerdings nur genau, wenn wir es mit einer kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Lichtquelle (vgl. S. 96) zu tun haben; aber diese Voraussetzung ist bei den uns hier interessierenden Kohlebögen, sofern sie lichttechnisches Interesse besitzen, stets erfüllt.

Tab. 6 gibt einige Farbindexwerte, um einen Überblick über deren Größe und Unterschiede zu vermitteln. Steigender Farbindex bedeutet nach der Definition steigenden Blauanteil, d. h. höhere Temperatur.

Tabelle 6.

Farbindex-Werte verschiedener Lichtquellen.

Lichtequelle Farbindex  
1ooo Watt-Glühlampe............ 0,04  
Reinkohlebogenkrater, unterbelastet...... 0,09-0,10  
Reinkohlebogenkrater, voll belastet...... 0,13  
Krater des Ca-Beckbogens, voll belastet .... 0,20  
Tageslicht (gleichmäßig grau bedeckter Himmel) 0,18-0,22  
Beckbogenkrater, stark unterbelastet...... 0,20  
Beckbogenkrater, normal belastet....... 0,25-0,30  
Beckbogenkrater höchster Belastung...... bis 0,50  

Bemerkungen zur Tabelle :

Man erkennt, daß trotz dieser extrem einfachen Methode dem Auge die Unterschiede zwischen nur schwach verschieden erscheinenden Farben sehr erhebliche sind, unsere Methode also für alle praktischen Zwecke bei kontinuierlichen Lichtquellen vollauf ausreicht.

1948 zum Patent angemeldet

Ein Vorschlag für einen technisch fertig durchgebildeten, mit einem Belichtungsmesser gekoppelten Farbindexmesser nach unserem Prinzip haben Schlüge und Heinzmann ausgearbeitet und zum Patent angemeldet.

Diese Farbindexmethode

Die Farbindexmethode gestattet also die Kennzeichnung der Lichtfarbe durch eine einzige Zahl, die in einfachster Weise direkt gemessen werden kann.

Amerikanische filmtechnische Meßmethoden

Zur Kennzeichnung der Lichtfarbe durch eine Zahl wird vielfach (besonders von amerikanischer filmtechnischer Seite) auch die Farbtemperatur TF benutzt, d. h. die Temperatur eines schwarzen Strahlers (vgl. S. 108), der im sichtbaren Gebiet den gleichen Farbeindruck ergibt wie der wirkliche Strahler.

Diese Kennzeichnung der Lichtfarbe durch die Farbtemperatur ist bei den kontinuierlichen und quasikontinuierlichen Strahlern im allgemeinen möglich, hat aber für die Praxis u. E. den großen Nachteil, daß sie im Gegensatz zur Farbindexmethode keine direkte Beziehung zu einer einfachen Meßmethode besitzt, da die Messung einer Farbtemperatur schwierig ist und eigentlich nur auf dem Umweg über die Berechnung von TF aus einer Reihe von Filtermessungen möglich ist.

Die Kennzeichnung der Lichtfarbe im Farbdreieck

Will man diese Schwierigkeit umgehen, so muß man auf die Kennzeichnung der Lichtfarbe durch eine Zahl verzichten, falls man nicht den Farbindex nehmen will, der natürlich in Farbtemperaturen umgeeicht werden könnte.

Es bleibt dann nur die graphische Kennzeichnung der Lichtfarbe durch einen Punkt in einem Diagramm übrig, sei es im Farbdreieck oder in rechtwinkligen Koordinaten mit empfindungsgemäßen Abstandsmaß, wie das für einige Bogenmessungen Schering (85) durchgeführt hat.

b) Die Lichtfarbe der Beckkrater-Strahlung.

Systematische Messungen der Lichtfarbe von Hochstrombögen sind bisher nur in geringem Umfang und ausschließlich mit der einfachen Farbindexmethode von Schlüge und dem Verfasser (19, 88) durchgeführt worden.

Abb. 74 zeigt das Ergebnis einer Farbindexmeßreihe an unseren Weichdocht-Gleichstrom-Beckbögen. Man sieht, daß der Farbindex mit der Belastung sehr erheblich zunimmt, die Lichtfarbe also immer "bläulicher" wird.

Wenn die Farbe von "gelblich" nach "weißlich" umschlägt

Dem entspricht, wie wir S. 117 sehen werden, eine Zunahme der Plasmatemperatur mit der Belastung. Der beim Überschreiten des Siedepunktes des Leuchtsalzes, d. h. beim Eintreten des Beckeffekts in der Leuchtdichte beobachtete Sprung (vgl. Abb. 48) zeigt sich auch deutlich im Farbindex-Stromstärke- Diagramm Abb. 74; die gelbliche Kraterstrahlung schlägt hier plötzlich in die weißliche des Leuchtsalzdampfes um, wie wir es beim Überschreiten des Siedepunktes erwarten.

Bildung bräunlicher Dämpfe (kam im Kino oft vor)

Bei sehr hohen Belastungen zeigen die meisten Beckkohlen ein Wiederabsinken des Farbindex, das nach unseren Beobachtungen durch die Bildung bräunlicher, den Farbindex erniedrigender Dämpfe vor dem Krater (ein typisches Zeichen überlasteter Beckbögen besonders bei hoch gesalzenen Kohlen!) bewirkt wird.

Schering (85) hat mit der erwähnten Siebenfiltermethode und graphischer Darstellung der Ergebnisse verschiedene Kino-Beckkohlen bei normaler Belastung untersucht und ihre Strahlung mit der Normalbeleuchtung B verglichen.

Die Lichtfarbe der verschiedenen Kohlen unterschied sich untereinander nicht wesentlich; gegenüber der Normalbeleuchtung erschien sie leicht grünlich. Durch Belastungsänderungen in dem bei der Kinoprojektion vorkommenden geringen Ausmaß entstehen nach Schering keine störenden Farbänderungen.

Die Amerikaner messen anders

Von amerikanischer Filmseite (11) sind Farbtemperaturen verschiedener Beckkohlen mitgeteilt worden, die aber mangels genauerer Definition der verwendeten Kohlen für uns nur geringes Interesse besitzen.

Die Farbtemperatur der meisten Beckkohlen liegt nach diesen Untersuchungen im günstigsten Belastungsbcreich erheblich über der des Sonnenlichts, was für Filmzwecke unerwünscht ist, da es ein bläuliches Licht bedeutet.

An Stelle der früher üblichen Verwendung von Gelbfiltern hat die "National Carbon Co." deshalb eine Beckkohle entwickelt, die angeblich genau die Farbtemperatur der Sonne von 4.850°K besitzt (57).

Gleichbleibende Lichtfarbe des Beckbogens möglich

Versuche zur Beeinflussung der Lichtfarbe des Beckbogens sind auch vom Verfasser in Zusammenarbeit mit den Ringsdorff-Werken unternommen worden und haben ergeben, daß eine gewisse Erniedrigung des Farbindex bis etwa 0,20 und damit der Farbtemperatur durchaus möglich ist, ebenso wie eine fast beliebige Vergrößerung (an der aber kein Interesse besteht!). Eine wesentliche Erniedrigung des Farbindex dagegen ist nur auf Kosten der Leuchtdichte möglich.

Messungen am Niederstrombogenkrater

Es sei schließlich erwähnt, daß F.I.(=Farbindex)-Messungen am Niederstrombogenkrater (RW Mira) einen deutlichen Anstieg des Farbindex mit der Stromstärke ergeben haben, der entsprechend unserer verschiedentlich vertretenen Ansicht (vgl. auch S. 62 und [17]) für eine Zunahme der Kratertemperatur mit der Belastung spricht, in Übereinstimmung mit der in Abb. 42 dargestellten Zunahme der Leuchtdichte mit der Belastung.

c) Die Lichtfarbe des Beckbogen-Dampfstrahls.

Entsprechend dem allgemeinen Befund, daß für die Beckbogenstrahlung die Anodendämpfe maßgebend sind, war zu erwarten, daß auch die Lichtfarbe des Beckkraters durch die der Anodendämpfe bestimmt sein würde.

Zur Prüfung dieser Annahme wurde die Anodenflamme eines 7mm-Beckbogens quer auf unserem Farbindexmesser abgebildet und tatsächlich bei Steigerung der Belastung von 60 auf 100 Ampere dicht vor dem Krater eine Zunahme des Farbindex von 0,28 auf 0,50 gefunden (88).

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