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Ein Buch über die "Bogenlicht-Kohle" im Kino (1950)

Das sind neue Kino-Kohlen

von Gert Redlich im Mai 2017 - Dieses Büchlein stammt aus den Jahren 1940 bis 1950, als die damaligen Kinos in unglaublicher Blüte standen und Traumergebnisse und Traumumsätze einfuhren. Niemand konnte sich damals vorstellen, daß das gesamte Kinowesen bereits über dem Zenith gekommen war und die Filmproduzenten sich etwas einfallen lassen mußten. Dieser Einfall hieß extremes Breitbild und das neue Format "Cinemascope" von 1953 kristallisierte sich als das gängigste Breitwand-Format heraus. Da hiervon in dem Büchlein noch nichts zu lesen steht, ist die Datumsangabe von1950 realistisch.

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2. Theoretisches über das Bogenlicht

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Der Lichtbogen zwischen den Kohlstäben
ein Bild aus dem Lampenhaus eines Kinoprojektors

Verbinden wir zwei sich berührende Kohlestifte mit den Polen einer geeigneten Stromquelle, so erhitzen sich die Kohlespitzen infolge des hohen Übergangswiderstandes an der Berührungsstelle sofort zur Weißglut.

Entfernen wir nun die beiden Kohlestifte voneinander - besser formuliert : ziehen wir die beiden Kohlestifte wieder auseinander -, dann wird der Strom nicht etwa unterbrochen, sondern der Raum zwischen den glühenden Spitzen wird von einer stromleitenden Flamme überbrückt, die wir „Lichtbogen" nennen. (Anmerkung : Physikalisch korrekt ist es ein Plasma, nämlich ionisierte leitende Luft.)
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Der Gleichstrom-Lichtbogen

Zur Erklärung dieser Erscheinung wählen wir den zur Zeit für Projektionszwecke hauptsächlich verwendeten Gleichstrom-Lichtbogen:

Bei der hohen Temperatur der Kohlespitzen treten aus der negativen Kohle Elektronen aus, die kleinsten Teilchen negativer Elektrizität, und wandern infolge der an den Kohlen anliegenden elektrischen Spannung zur positiven Kohle hin.

Durch Stöße dieser Elektronen mit den Luftmolekülen werden letztere „ionisiert", d. h. in Elektronen und positive Ionen gespalten.

Die Elektronen wandern stets zur positiven, die positiven Ionen zur negativen Kohle hin; die Luftstrecke zwischen den Kohlespitzen ist so elektrisch leitend geworden. Gleichzeitig werden durch Stöße der Elektronen mit den Luftmolekülen die hohe Temperatur und das blaßblaue Leuchten des Bogens bewirkt.

Die auf die Negativ-Kohle aufprallenden positiven Ionen sorgen nun dafür, daß die Kohlespitze die zur Aussendung der Elektronen erforderliche hohe Temperatur auch beibehält und in ähnlicher Weise „heizen" die aufprallenden Elektronen die Positiv-Kohle.

Der Krater deutlich zu sehen
Kontrollbild aus der Kinolampe

Das extrem helle Licht kommt aus dem Krater der Positivkohle

Der Lichtbogen selbst, also die leuchtende Luftstrecke oder auch Plasma, besitzt bei dieser üblichen Bogenform nur eine sehr geringe Lichtstärke.

Das meiste Licht wird vielmehr von den beiden Kohlespitzen, insbesondere von der Positivkohle, abgestrahlt, die sich im Betrieb langsam aushöhlt und einen sehr helleuchtenden Krater bildet, der als Lichtquelle verwandt wird.

Die Temperatur des Positiv-Kraters beträgt etwa 4000°. Im Gegensatz zur Positiv-Kohle spitzt sich die Negativ-Kohle im Betrieb zu; die Temperatur der negativen Spitze liegt meist beträchtlich unter 4000°.

Der Docht in der Kohle

Ein Schnittbild

Der hier beschriebene Lichtbogen brennt zwischen homogenen, d. h. vollen Kohlestäben ziemlich unstabil und neigt zum Wandern und Flackern.

Man beseitigt diese Eigenart bzw. den Übelstand, indem man die Positiv-Kohle mit einem dünnen Hohlkanal herstellt und in diesen eine den Strom gut leitende und gewisse Beruhigungszusätze enthaltende „Dochtsubstanz" einführt.
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Man nennt das "die Reinkohle"

Derartige Kohlen bezeichnet man - ebenso wie die vorgenannten, dochtlosen Kohlestäbe - als Reinkohlen, und der mit ihnen arbeitende Reinkohlebogen wird in den kleineren Theatern heute fast ausschließlich benutzt.

Die Leuchtdichte

Man hat lange Zeit geglaubt, daß die Leuchtdichte, das ist die auf 1cm² bezogene Lichtstärke des Positiv- Kraters, beim Reinkohlebogen durch Änderung der Strombelastung nicht beeinflußt werden könne.

Es ist aber eindeutig nachgewiesen worden, daß die Helligkeit (Leuchtdichte) des Reinkohlekraters bei Steigerung der Stromstärke zunimmt, bis der Bogen schließlich zu zischen beginnt. Kurz vor dem Zischen erhält man also die größte Leuchtdichte.

Das Becklicht verdrängt die Reinkohle

In vielen Theatern hat sich in letzter Zeit wegen seiner viel größeren Lichtleistung (Leuchtdichte des Positiv-Kraters) an Stelle des Reinkohlelichts das bereits erwähnte Becklicht durchgesetzt.

Wie später im Abschnitt 5B noch eingehend erläutert wird, enthält der Docht der positiven Beckkohle Metallsalze. Steigert man bei einer solchen Positiv-Kohle die Stromstärke über das beim Reinkohlebogen übliche Maß hinaus, so tritt kein Zischen auf, sondern der Positiv-Krater erhitzt sich so weit, daß die Metallsalze im Docht heftig verdampfen und dabei ein äußerst intensives weißes Licht ausstrahlen (Beck-Effekt).

Die Temperatur des Beckbogens beträgt dabei weit über 6000°. Die Einzelheiten dieser Erscheinung sind erst in letzter Zeit aufgeklärt worden und ermöglichen nun eine fortlaufend weitere Verbesserung der Beckkohlen, deren Leuchtdichte schon jetzt die der Reinkohlen um das 5-fache und mehr übertrifft.

Die Verdampfung und Verbrennung des Kohlenstoffs

Infolge Verdampfung und Verbrennung des Kohlenstoffs verbrauchen sich beide Kohle-Elektroden, so daß der Abstand zwischen ihnen wächst, wodurch Ruhe und Lichtstärke des Bogenlichtes nachteilig beeinflußt werden. Bei Beckkohlen brennt die Positiv-Kohle außerdem erheblich schneller ab als die Negativ-Kohle.

Die Nachschubvorrichtung der Kinolampen

man sieht den Motor unten links

Damit der Lichtbogen nicht abreißt, müssen alle Bogen- lampen mit einer Nachschubvorrichtung versehen sein. Bei Reinkohle-Kinolampen wird der Vorschub im allgemeinen von Hand bedient, während Beck-Lampen infolge des schnelleren Abbrandes der Beckkohlen mit automatischem Nachschub arbeiten. Einzelheiten darüber bringen wir in Abschnitt 5B.

Die für den Vorführer weiter interessanten und wichtigen technischen Einzelheiten der verschiedenen Bogenformen und Charakteristiken. Fragen des elektrischen Betriebes, geeignete Stromdichten, Leuchtdichten und die Lichtverteilung im Krater werden in den folgenden Abschnitten an geeigneter Stelle besprochen.
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3. Die "Lichtleistung"

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Referenzklasse um 1950

Es wird in Vorführerkreisen vielfach angenommen, daß - wenn das Bedürfnis nach einer Steigerung der Schirmhelligkeit besteht - dieses Ziel durch Verwendung einer anderen Kohlemarke, größerer Kohledimensionen oder erhöhter Stromstärke leicht erreicht werden kann. Wir ersehen dies aus den zahlreichen schriftlichen und mündlichen Anfragen, die uns erreichen, und halten es daher für zweckmäßig, vor der Behandlung aller technischen Einzelheiten der Kinokohlen und des Lichtbogens einige Aufklärungen über das Thema ..Schirmheiligkeit" zu geben.

Grundlagen für die Anschaffung neuer Lampen

Dem Leser soll damit gleichzeitig eine Anleitung gegeben werden, nach welchen Gesichtspunkten bei der Anschaffung neuer Lampen vorgegangen werden muß.

Die Umstellung auf Becklicht steht heute ja im Vordergrund des Interesses und so dürften für die richtige Lampenwahl die folgenden Zeilen dem fortschrittlich denkenden Theaterbesitzer und Vorführer nicht unwichtig erscheinen.

Die Lichtleistung des Kinoprojektors messen

Die Helligkeit des Schirmbildes ist - für den Beschauer - das Ergebnis der Lichtleistung des Projektors und des Reflexionsvermögens des Bildschirmes.

Die Lichtleistung des Kinoprojektors kann man mit einem Lichtmeßgerät, dem sogenannten „Luxmeter" messen. Ein Luxmeter besteht aus einer lichtelektrischen Zelle und einem mit dieser elektrisch verbundenen, in Lux geeichten elektrischen Meßinstrument.

Bei einer Messung der Projektor-Lichtleistung, die ohne Film bei laufender Maschine vorgenommen wird, hält man die Zelle so an den Bildschirm, daß sie von den Lichtstrahlen des Projektors getroffen wird. Der vorhandene Luxwert kann dann auf der Skala des Instrumentes direkt abgelesen werden.

Der "Lichtstrom" des Projektors

Multipliziert man dann die erhaltenen „Lux" mit der Flächengröße des projizierten Bildes in Quadratmeter, so ergibt sich der sogenannte „Lichtstrom", den der Projektor abgibt, in „Lumen".

Nehmen wir als Beispiel ein, die Helligkeitsmessung an einer (Anmerkung : bislang typischen) Bildwand von 4 x 3m Größe hätte 60 Lux ergeben, so beträgt der Lichtstrom 60 Lux x 12m² = 720 Lumen.

Wichtiger ist die "Leuchtdichte" der Bildwand

Moderne und sehr teure Spezial- Bildwand für Video-Beamer von MW

Ein genügend hoher Lichtstromwert genügt nun aber noch nicht, um dem Beschauer der Bildwand ein gutes, besonders helles Bild zu garantieren, denn diese Bildwand könnte ja gelblich, grau oder nehmen wir einmal zum besseren Verständnis dieser Erläuterungen an. z. B. schwarz sein.

Im letzteren Fall würde der Beschauer überhaupt kein Licht sehen, obwohl genügend hoher Lichtstrom vorhanden ist. Hier spielen also Farbe, Dichte und Reflexionsvermögen des Bildschirmes eine ausschlaggebende Rolle.

Darum mußte, um die vom Beschauer empfundene Helligkeit messen zu können, ein neuer Faktor eingeführt werden, und das ist die „Leuchtdichte" der Bildwand, die in „Apostilb" ausgedrückt wird.

Man stellt sich hierbei vor, daß die Bildwand, die von den Strahlen des Projektionsobjektivs angeleuchtet wird, ein eigenes Licht ausstrahlt, nämlich das Reflexionslicht, das der Zuschauer sieht.

Ein Rechenbeispiel

Die Leuchtdichte einer Bildwand beträgt dann 1 Apostilb, wenn die Bildwand mit der Lichtstärke 1 Lux ausgeleuchtet und das Reflexionsvermögen l00prozentig oder - wie man sagt - gleich 1 ist. Eine solche ideal reflektierende Bildwand gibt es jedoch nicht.

Der oben erwähnte Bildschirm, dessen Helligkeit 60 Lux betrug, kann demnach nicht eine Leuchtdichte von 60 Apostilb haben, sondern der Wert ist kleiner als 60.

Der "Reflexionswert" oder auch Leuchtdichtefaktor

Man kann ihn nur bestimmen, wenn man den Reflexionswert der betreffenden Bildwand kennt, der in der Praxis der „Leuchtdichtefaktor" genannt wird.

Bei einer schlechten, sehr porösen Tonbildwand, die, wie wir einmal annehmen wollen, nur 50% des auffallenden Lichtes reflektiert, wäre der Leuchtdichtefaktor = 0,5. Die Leuchtdichte dieser Tonbildwand betrüge also bei der oben erwähnten Ausleuchtung mit 60 Lux nur 60 x 0,5 = 30 Apostilb. Bei einer guten Stummfilm-Gipswand könnten dagegen z. B. 90% des auffallenden Lichtes reflektiert werden, dann wäre der Leuchtdichtefaktor 0,9. Die Leuchtdichte dieser Bildwand hätte dann den Wert von 60 x 0,9 = 54 Apostilb.

Die Bestimmung des Leuchtdichtefaktors

Die Bestimmung des Leuchtdichtefaktors des Schirmbildes geschieht auf einfachste Weise durch die sogenannten „Bildwandproben". Dies ist ein Streifen, der verschieden stark reflektierende Schirmproben enthält und der - auf die zu messende Bildwand gehalten - bei auffallendem Projektionslicht den richtigen Leuchtdichtefaktor erkennen läßt. Für einwandfreie Farbfilmvorführungen soll die Bildwandleuchtdichte mindestens 100 Apostilb betragen.

Die Lichtleistung eines Kinoprojektors

Jede moderne Reinkohlen- und Becklampe ergibt in Verbindung mit einem Kino-Objektiv bestimmter Lichtstärke einen Höchst - Lichtstrom, der in den Druckschriften der Lampenbaufirmen angegeben ist. Für die Lichtleistung eines Kinoprojektors sind die drei folgenden Faktoren ausschlaggebend:

  • 1. Die Größe und Intensität der Lichtquelle (Durchmesser und Leuchtdichte des Positiv-Kraters)
  • 2. Die Konstruktion des Hohlspiegels der Lampe (Form, Öffnungswinkel, Brennweite, Hilfs-Sammellinse)
  • 3. Das Öffnungsverhältnis des Kino-Objektivs (Objektivdurchmesser, Brennweite)


Die Lichtleistung einer Spiegellampe bzw. der Lichtstrom eines Kinoprojektors ist also nicht nur von der Art der verwendeten Kohlestifte oder von der Stromstärke abhängig, sondern die optischen Mittel, die verwendet werden, um die Lichtquelle richtig auszunutzen, spielen eine entscheidende Rolle.

"Mehr Licht" im Theater

Die uns so oft gestellte Aufgabe, einem Theater zu größerer Bildhelligkeit zu verhelfen, ist demnach von Seiten des Kohlestiftes nur in wenigen Fällen zu lösen. Die Erklärungen dafür, daß eine Erhöhung der Stromstärke unter Umständen ganz erfolglos bleiben muß, findet der Leser in dem folgenden Abschnitt „Die Optik der Kinolampe".

Der Farbfilm verlangt 100 Apostilb

Nach den vorstehenden Erläuterungen über Lichtleistung, Lichtstrom und Leuchtdichtefaktor kann der Theaterbesitzer und Vorführer nun ohne weiteres feststellen, welchen Lichtstrom sein Projektor abgeben muß, um den für den Farbfilm verlangten 100 Apostilb zu erreichen.

Der errechnete Lichtstrom gibt dann einen Anhaltspunkt dafür, in welcher Größenordnung die benötigte Lampe liegt und ob überhaupt schon eine Umstellung auf Becklicht erforderlich ist. Als Beispiel sei der folgende Fall angeführt:

Der Leuchtdichtefaktor der Bildwand sei 0,8. Die Größe der Bildwand betrage 6 x 4,37m = 26,2m². Soll die Bildwand-Leuchtdichte = 100 Apostilb sein, so muß die erforderliche Schirmhelligkeit 100 : 0,8 = 125 Lux betragen. Der dazu benötigte Projektor-Lichtstrom ergibt sich aus dem Produkt 125 Lux x 26,2m² = 2370 Lumen. Diesen Wert erreicht man - wenn man die entsprechenden Angaben der Lampenbaufirmen betrachtet - nur mit Beckkohlen und einer bestimmten Lampen-Type.
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4 Die Optik der Kinolampe

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Blick in eine Bogenlampe

Lampen für Projektionszwecke, in denen die in den folgenden Abschnitten behandelten Kinokohlen gebrannt werden, bestehen aus zwei Hauptteilen:

  • 1. dem Lampenmechanismus,
  • 2. der Lampenoptik.


Der Mechanismus hat die Aufgabe, die beiden Kohlestifte in den dazu bestimmten Einspannungsvorrichtungen festzuhalten und ein Nachstellen derselben mittels Handspindel zu gestatten. Die Lampenoptik soll das Licht des Positiv - Kraters sammeln und auf das Bildfenster des Film-Laufwerkes projizieren.

Eine alte Vertikal-Bogenlampe

Abb-001
Abb-002
Abb-003
Abb-004
Abb-005

Abbildung 1 zeigt eine alte Vertikal-Bogenlampe, wie sie seit den Urzeiten des Films bis etwa 1920 gebräuchlich war.

Die Kohlen standen dabei senkrecht übereinander, jedoch konnte der gesamte Mechanismus schräg gestellt werden, um eine günstigere Ausstrahlung des Positiv-Kraters nach vorn zu erreichen. Die zu dieser Lampe gehörige Optik besteht aus zwei Sammellinsen, die in Abbildung 2 dargestellt sind.

Maßgebend für die Ausnutzung des vom Krater ausgestrahlten Lichtes ist der Winkel "alpha". Der Wunsch, diesen Strahlungswinkel zu vergrößern, führte zum Dreifach-Kondensor (Abb. 3). Dieser ergibt sich aus einem normalen Doppel-Kondensor, vor den eine Meniskuslinse gesetzt wird.

Damit vergrößert sich der Winkel "alpha" und gleichzeitig damit die Lichtaufnahme des Kondensors.

Emil Mechaus Erfindung

Der geringe Wirkungsgrad der Vertikal - Bogenlampen mit Sammellinsen-Optik veranlaßte den bekannten deutschen Erfinder Emil Mechau bei der Konstruktion des ersten Projektor-Modelles mit optischem Ausgleich im Jahre 1910 an Stelle der einen Kondensorlinse einen Parabolspiegel zu verwenden. Wie Abbildung 4 zeigt, bewirkt der große Öffnungswinkel alpha eine bedeutende Lichtzunahme.

Es dauerte jedoch bis zu den Jahren 1922/24, bis sich die Spiegellampe in den deutschen Lichtspieltheatern restlos eingeführt hatte. Das am weitesten verbreitete Spiegellampensystem ist die Ausführung mit Hohlspiegel ohne Kondensorlinse (Abb. 5).

Um das Verständnis für den richtigen Umgang mit Lichtkohlen zu wecken, soll hier auf die Vorgänge in der Spiegellampen-Optik näher eingegangen werden.
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Spiegellampe ohne Sammellinse

Abb-006

Für eine punktförmige Lichtquelle, sagen wir von der Größe eines Stecknadelkopfes, gilt der Strahlengang der Abb. 6. Die Strahlen, die sich im Bildfenster schneiden, würden das Filmbild nur im Mittelpunkt beleuchten. Eine punktförmige Lichtquelle ist demnach nicht brauchbar. Der Positiv-Krater stellt auch keinen leuchtenden Punkt dar. sondern eine Fläche, deren Größe - wie später noch erläutert wird - von der Kohleart und der Stromstärke abhängig ist.

Abb-007

Der Spiegel entwirft vom Positiv-Krater eine vergrößerte Abbildung auf das Bildfenster in Form eines kreisrunden Lichtfleckes.

Die Größe dieser Abbildung ist von der Spiegelbrennweite abhängig und von dem Abstand des Spiegelscheitels vom Bildfenster, in Abb. 7 mit "a1" bzw. "a2" bezeichnet.

Abb-008

Soll das Filmbild einwandfrei ausgeleuchtet sein, so muß der Durchmesser der Kraterabbildung mindestens so groß sein wie die Diagonale des Bildfensters. Da diese Abbildung umso heller ist, je weniger das Kraterbild vergrößert wird, soll man bestrebt sein, mit der kleinstmöglichen Kraterbildvergrößerung auszukommen. Trotzdem wählt man den Durchmesser des Lichtfleckes etwas größer als die Diagonale, damit eine Überstrahlung der Bildfensterecken auf jeden Fall vorhanden ist (Abb. 8).

Da die Brennweite des Lampenspiegels gegeben ist und aus besonderen Gründen nicht wie ein Kino-Objektiv beliebig gewählt werden kann, hat man nur die Möglichkeit, den Lichtfleck auf dem Bildfenster durch Verändern dus Abstandes Spiegelscheitel-Bildfenster auf die richtige Größe zu bringen.

nochmal die Abb-007

Abb. 7 zeigt den Verlauf des Strahlenganges einer Spiegellampe bei zwei verschiedenen Entfernungen des Bildfensters vom Spiegel. Im Falle des Abstandes a1 muß der Positiv-Krater in der zugehörigen Entfernung b1 vom Spiegelscheitel stehen, damit eine scharfe Abbildung des Lichtfleckes L1 auf dem Bildfenster erfolgt.

Verkürzt man den Abstand zwischen Spiegelscheitel und Bildfenster auf die Größe a2, so erhält man - wenn der Positiv-Krater in die Stellung b2 gebracht wird - eine jetzt kleiner gewordene Kraterabbildung in Form des Lichtfleckes L2.

Bei höheren Stromstärken und großer Kraterfläche muß demnach der Abstand Spiegel-Bildfenster kleiner sein als bei niedriger Stromstärke und kleiner Kraterfläche. Ferner ist dieser Abstand bei Verwendung von Beckkohlen infolge der gegenüber Reinkohlen kleineren Leuchtfläche des Beckkraters stets größer als bei Verwendung von Reinkohlen.

Wie Abb. 7 zeigt, nimmt also der Positiv-Krater je nach den Projektionsverhältnissen verschiedene Abstände vom Spiegelscheitel ein. Die Brennstelle des Kraters oder der Krater selbst wird oft als ,,Brennpunkt'' bezeichnet. Das ist - wie wir hier betonen möchten - durchaus falsch, denn der Spiegel-Brennpunkt ist ein auf der optischen Achse liegender, gedachter Punkt, der mit der Brennstelle nicht zusammenfällt. Ebenso falsch wäre es, den Abstand des Kraters vom Spiegel als „Brennweite" zu bezeichnen.

Spiegellampen mit Sammellinse

nocheinmal die Abb. 004

Die Verwendung eines Parabolspiegels ergibt bei dieser Lampenbauart ein Strahlenbündel, das durch eine Sammellinse auf das Bildfenster gelenkt wird (Abb. 4). Die Größe des Lichtfleckes auf dem Bildfenster hängt in erster Linie von der Brennweite der Sammellinse ab und kann durch Abstandveränderung zwischen Positiv-Krater und Spiegel nur in geringem Maße beeinflußt werden.

Für niedrige Stromstärken muß eine längere Sammellinsen-Brennweite vorhanden sein als für hohe Stromstärken. Das Absolutmaß dieser Brennweite ist allerdings von der Spiegelbrennweite abhängig. Die optischen Mittel des Kinoprojektors, also Spiegellampe und Objektiv, gestatten die Auswertung des Reinkohle-Kraterlichtes bis zu etwa 45 Ampere.

Darüber hinaus wird der Durchmesser des Positiv-Kraters so groß, daß er optisch nicht mehr voll erfaßt werden kann. Eine weitere Steigerung des Lichtstromes kann nur noch mit Beckkohlen erzielt werden.

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