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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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5. Kinokohlen für Gleichstrom

A. Reinkohlen

Die Positiv-Kohle ist die eigentliche Lichtquelle der Gleichstrom-Bogenlampen. Ihr Krater, der sich am Brenn-Ende bildet, strahlt bei einer Temperatur von 4000 Grad ein weißgelbes Licht aus. Der Lichtbogen selbst ist schwach bläulich, fast farblos, nur die nach oben aufsteigende Flamme zeigt gelbliche oder blaßgrünliche Färbung mit schwach roter Umrandung.
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Abb. 009

Die Positiv-Kohle besteht nicht aus einem homogenen Kohlestift, sondern enthält einen zentrisch gelegenen Dochtkanal, dessen Durchmesser etwa einem Drittel des Außendurchmessers entspricht.

Die Dochtmasse, welche diesen Kanal ausfüllt, besteht aus reinem Kohlenstoff und einem Bindemittel und bezweckt ein Zentrieren des Lichtbogens auf die Mitte des Kraters. Bei einer Positiv-Elektrode ohne Docht würde der Lichtbogen zischen und ein unruhiges Hin- und Herwandern des Kraters die Folge sein.

Abb-010

Positiv-Reinkohlen werden im praktischen Betrieb mit verschiedenen Stromdichten zwischen 0.2 und 0,3 A/mm2 (Ampere je Quadratmillimeter Querschnitt) belastet. Der Kraterdurchmesser ist - ohne Rücksicht auf den Durchmesser der Elektrode - von der Stromstärke abhängig, und zwar wächst der Positiv-Krater mit steigendem Strom. Die Abbildung 10 zeigt die Krater einer 12mm-Kohle. Dieselbe wurde mit 20, 25 und 50 A gebrannt.
Für den Durchmesser des Reinkohle-Kraters gelten folgende Zahlen:

Stromstärke Krater Durchmesser etwa
10 Ampere 4mm
15 Ampere 5mm
20 Ampere 6mm
25 Ampere 7mm
30 Ampere 8mm
36 Ampere 9mm
43 Ampere 10mm

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Abb. 011

Die Kraterleuchtdichte wird in Hefnerkerzen je Quadratzentimeter (HK/cm2) angegeben.

1 HK/cm2 wird 1 Stilb genannt.
Demnach ist 1 Stilb = 0,01 HK/mm2

Die Leuchtdichte des Reinkohlekraters schwankt zwischen 16.000 Stilb bei Unterbelastung und 18.000 Stilb bei Höchstbelastung. Der Versuch, die Leuchtdichte durch weitere Erhöhung der Stromdichte zu steigern, scheitert daran, daß der Lichtbogen zischt und der Krater keine gleichmäßig leuchtende Fläche mehr aufweist. Das unruhige Licht des zischenden Bogens ist für Projektionszwecke unbrauchbar (Abb. 11).
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Einbrennen der neuen Positiv-Kohlen

Positiv-Kohlen müssen nach dem Einsetzen in eine Kinolampe erst eingebrannt werden, damit sich aus der Fabrikationsspitze der Krater formen kann. Beim Einbrennen tritt eine Erscheinung auf, die jeder Vorführer kennt, nämlich ein abwechselndes Hell- und Dunkelwerden des Bogenlichtes, das - wie ein in den Stromkreis eingeschaltetes Amperemeter zeigt - mit Stromschwankungen im gleichen Rhythmus verbunden ist.

Da die Stromstöße fast den doppelten Wert der normalen, am Widerstand eingestellten Stromstärke annehmen, ist es zweckmäßig, das Einbrennen mit größerer Lichtbogenlänge vorzunehmen und den Strom mittels des Regulierwiderstandes zu ermäßigen.
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Über die Negativ-Kohlen sowie die Homogen-Kohle

Abb. 012

Die Negativ-Kohle ist in der Kinolampe als Lichtspender nicht beteiligt, ihre günstige und sachgemäße Ausführungsform ist jedoch für die Stabilisierung des Lichtbogens sehr wichtig. Sie spitzt sich während des Abbrandes zu, wobei die entstehende Spitzenform von der Bogenlänge abhängig ist.

Es gilt hier der Grundsatz:
Kleine Bogenlänge = schlanke Spitze,
große Bogenlänge = stumpfe Spitze (Abb. 12).

Die Negativ-Kohle braucht keine Dochtkohle zu sein. Ihre einfachste Ausführungsart ist die Homogen-Kohle.

Die unterschiedlichen Abbrandgeschwindigkeiten

Um die gleiche Abbrandgeschwindigkeit der Positiv-Kohle zu erhalten, muß der Querschnitt der Negativ-Kohle halb so groß sein wie der Querschnitt der Positiven.

Wenn wir die bereits genannten Belastungszahlen der Positiv-Kohle zugrunde legen, ergeben sich für die Negative demnach 0,4 - 0,6 A/mm2 Belastung. Praktisch läßt sich eine Homogen-Kohle der normalen Kino-Dimensionen aber nur mit 0,4-0,45 A/mm2 belasten. Bei höherer Stromdichte wird der Spannungsabfall in der Negativ-Kohle so hoch, daß der Kohlemantel zunächst an der heißesten Stelle, also in der Nähe der Spitze, zur Rotglut kommt und eine Verbrennung der Oberfläche eintritt.

Wenn die Kohle "zundert" - muß ein Kupferüberzug her

Abb. 013

Man sagt, die Kohle ,,zundert" (Abb. 13).

Ein „Zundern" tritt nicht ein, wenn die Kohle einen Kupferüberzug erhält, der als guter Stromleiter den Spannungsabfall in der Negativkohle äußerst gering hält.

Die Kupferhaut bleibt stets mehrere Millimeter vom Lichtbogen entfernt, da sie durch die hohe Temperatur der weißglühenden Spitze abschmilzt und heruntertropft. Die zulässige Querschnittbelastung beträgt 1 A/mm2. Diese Außen-Kupferhaut setzt den Abbrandwert der Negativ-Kohle soweit herab, daß man - um einen gleichmäßigen Verbrauch und gleichlange Reststücke zu erhalten - ihren Querschnitt gleich einem Drittel des Positiv- Kohlen-Querschnittes wählen muß. Auf diese Weise entstanden die Kohle-Paarungen 12 x 6,5, 13 x 7 usw. in der später aufgeführten Tabelle.

Selten : Negativ-Elektrode mit Kohledocht

hier nochmal die Abb. 012

Eine weitere, bei Reinkohlen aber selten verwendete Negativ-Elektrode ist die Ausführung mit Kohledocht. Dieser Docht, der sich aus Kohlepulver und einem Bindemittel zusammensetzt, hat hier den Zweck, den Lichtbogen stets auf der äußersten Negativ-Spitze zu halten, was bei langem Bogen von Vorteil sein kann.

Ein Wandern des Lichtbogens auf der abgerundeten Negativspitze (Abb. 12) wird damit verhindert. In Bezug auf zulässige Stromdichte verhält sich die Negativ-Kohle mit Docht ebenso wie die Homogenausführung und kann auch hauchverkupfert verwendet werden.
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Kohlepaarungen

Für den Reinkohle-Betrieb in Spiegellampen können die in folgender Tabelle genannten Kohlepaarungen empfohlen werden :
Tabelle 1

Stromstärke Positiv-Kohle: Negativ-Kohle Negativ-Kohle
  Vega Gamma S. unverkupfert oder Gamma S, hauchverkupfert
15-20 Ampere 10mm 7mm 5mm
20-24 Ampere 11mm 8mm 6mm
24-28 Ampere 12mm 9mm 6,5mm
28-32 Ampere 13mm 10mm 7mm
32-40 Ampere 14mm 11mm 8mm

Die Abbrandgeschwindigkeit ist etwa 55-60 mm/h.
Die jeweilige Bogenspannung ist etwa 48-50 Volt.

Die günstigste Lichtausbeute erhält man bei der Verwendung der hauchverkupferten Negativkohle, da die sehr dünne Negativkohle den Positiv-Krater nur wenig abschattet.
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Die richtige Bedienung der Reinkohlen-Spiegellampe

Der Abbrand der Kohlestifte erfordert in kurzen Zeitabständen ein Nachstellen der beiden Elektroden. Diese Arbeit, die bei Verwendung der Reinkohle von Hand des Vorführers geschieht, muß sehr sorgfältig vorgenommen werden, wenn die Beleuchtung (und Ausleuchtung !!) der Bildwand einwandfrei sein soll.
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Abb. 014
Abb. 015

Da die Abbrandgeschwindigkeit des positiven und negativen Kohlestiftes etwa 1 mm je Minute beträgt, so wächst die Bogenlänge innerhalb einer Minute um 2 mm. Diese Bogenverlängerung hat ein Ansteigen der Bogenspannung und ein Abfallen der Stromstärke zur Folge und kann bei Umformeranlagen niedriger Spannung zum Abreißen des Lichtbogens führen. Es ist also zweckmäßig, mindestens einmal in der Minute die Handregulierung vorzunehmen.

Falsch ist es, die Elektroden so nahe aneinander zu bringen, daß sie sich fast berühren. Es entsteht dann an der Negativspitze die bekannte Pilzform, die dadurch zustande kommt, daß sich infolge des geringen Abstandes ein Teil des dampfförmigen Kohlenstoffs vom Positiv-Krater an der Negativspitze zu festem Kohlenstoff niederschlägt.

Wie Abb. 15 zeigt, verhindert der Negativ-Pilzkopf eine freie Ausstrahlung des Positiv-Kraters zum Spiegel: es muß ein Schatten entstehen, der auch im Bild auf der Projektionswand als dunkler oder braungelber Fleck sichtbar ist. Diese Art der Kohlenachschub-Bedienung ist falsch!
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Über die Justage der Flamme

Man reguliere ferner die Höhen- und Seitenstellung der Negativ-Kohle so ein, daß der Positiv-Krater stets in Richtung Spiegelmitte strahlt. Je höher die Strombelastung ist, desto tiefer muß die Negative unterhalb der optischen Achse stehen, um ein Geradebrennen des Kraters zu gewährleisten. (Abb. 16 u. 17: falsch. Abb. 18 richtig.)

Abb. 016
Abb. 017
Abb. 018

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Hinweis zur Abbrandgeschwindigkeit

Es sei hier auch darauf hingewiesen, daß die Abbrandgeschwindigkeit der Kohlepaarung durch die Bogenlänge beeinflußt wird. Ein langer Lichtbogen - eine bestimmte Stromstärke vorausgesetzt - hat einen größeren Kohleverbrauch zur Folge als ein kurzer Lichtbogen.

Es ist dies die natürliche Folge der sich ergebenden höheren Bogenspannung und der damit verbundenen größeren Energie, die im Lichtbogen frei wird. Es ist also nicht ganz gleichgültig, ob mit kurzem oder langem Bogen gearbeitet wird.

In Spiegellampen mit konaxialer Kohlestellung stelle man die Bogenlänge so klein wie möglich ein, natürlich nicht so, daß es zu der geschilderten Pilzbildung kommt.

Ein kurzer Bogen ergibt auch, wie im Abschnitt 5A erwähnt, die günstigste Form der Negativspitze. Der Praktiker im Bildwerferraum wird dabei die Feststellung machen, daß - zwecks Vermeidung des Zischens und der Pilzbildung - der Lichtbogen um so länger sein muß, je höher die Stromdichte ist, mit der die Positiv-Kohle belastet wird.

Einfluß der Winkelstellung der Kohlen

Abb. 019

Die Winkelstellung der Kohlen erschwert die Regulierung des Nachschubs, da Negativ- und Positiv-Kohle eine ganz bestimmte Stellung zueinander haben müssen, um zischfrei zu brennen. Diese Stellung, die aus Abb. 19 ersichtlich ist, kann man sich gut daran merken, daß die Verbindungslinien von der Negativspitze zu den Positiv-Kraterrändern einen rechten Winkel bilden.

Der Lichtbogen ist hierbei länger als in der Achsialstellung. so daß die Bogenspannung anstatt 45-50 V etwa 50-55 V beträgt. Infolge der größeren Bogenlänge ist die Abbrandgeschwindigkeit der Kohlen in Winkellampen etwas höher als in den Spiegellampen mit konaxialer Kohlestellung.

Um dem Leser zu zeigen, wie es nicht gemacht werden soll, zeigen wir zwei Seitenansichten mit den zugehörigen, vom Spiegelmittelpunkt aus gesehenen Kraterbildern.

Zu nah dran ist auch nicht gut

Abb. 020

Abb. 20 zeigt, wie durch zu nahes Heranschieben der Negativspitze an den Positiv-Krater derselbe eine Nase erhält und schief nach unten brennt.

Die obere Spiegelhälfte erhält weniger Licht als die untere und eine mangelhafte ungleichmäßige Schirmbeleuchtung ist die Folge.
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Abb. 021
Abb. 022

Abb. 21 zeigt, daß beim Hochschieben der Negativspitze bis etwa Kratermitte die Positiv-Kohle gerade abbrennt wie in Achsialstellung. Dies wäre ideal, wenn nicht zwei Nachteile vorhanden wären:
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  1. ist der Lichtbogen in dieser Stellung nicht stabil, sondern neigt zum Zischen, besonders bei höheren Stromstärken;
  2. findet eine Abschattung des Positiv-Kraters durch die Negativspitze statt.

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Es ist daher zu empfehlen, stets ohne Kraterabschattung nach Abb. 22 zu arbeiten, wobei auch am wenigsten Zischneigung auftritt.
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Beachtenswert ist die Form der Negativspitze, die je nach Kohlestellung und Bogenlänge ganz verschiedenartig ausfällt.
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Der elektrische Anschluß der Reinkohle-Lampe

Schalttafel mit 2 x 50 Ampere

Beim Anschluß einer Bogenlampe an eine konstante Gleichstromquelle wird im allgemeinen ein Widerstand in den Stromkreis geschaltet.

Der Grund für diese Maßnahme soll nachstehend erläutert werden: Reinkohlen brennen mit 45-50 V Bogenspannung. d. h. der elektrische Widerstand des Lichtbogens erzeugt einen Spannungsabfall von 45-50 V. Dies gilt für die bei der Kinoprojektion üblichen Bogenlängen.

Es wäre also naheliegend, eine 50V Stromquelle zu benutzen, welche die erforderliche Spannung für den Lichtbogen erzeugt. Dieser einfachen Lösung stehen einige Hindernisse im Wege:

1. Die fallende Charakteristik des Reinkohlebogens

Unter der Charakteristik eines Lichtbogens versteht man eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen Strom und Spannung.

Der Reinkohlebogen hat bei konstanter Bogenlänge die Eigenart, daß sich beim Ansteigen der Stromstärke der Lichtbogenwiderstand vermindert. Das bedeutet nach dem Ohmschen Gesetz ein Absinken der Bogenspannung.

Umgekehrt bewirkt ein Vermindern der Stromstärke ein Ansteigen der Bogenspannung. Kleine Schwankungen in der Materialausführung der Kohlestifte, besonders im Docht der Positiv-Kohle können aber die Stromstärke entscheidend beeinflussen.

Ein kleines Loch im Docht würde z. B. ein geringes Absinken der Stromstärke zur Eolge haben und die Bogenspannung müßte steigen. Eine Stromquelle konstanter Spannung ist daher zum direkten Anschluß der Bogenlampe nicht geeignet, da sie dem genannten Schwanken der Bogenspannung nicht folgt. Der Lichtbogen brennt unruhig und reißt leicht ab.

Um diesen Mangel zu beheben, schaltet man in den Lampenstromkreis einen Ohmschen Widerstand ein, der im Gegensatz zum Reinkohlebogen eine steigende Charakteristik hat. Ein Ansteigen der Stromstärke erhöht nämlich den Spannungsabfall am Widerstand, so daß den Strom-Spannungsschwankungen im Lichtbogen entgegengearbeitet wird.

Es bildet sich demnach ein Gleichgewichtszustand zwischen Widerstand und Lichtbogen. Da mit Hilfe des vorgeschalteten Widerstandes überhaupt erst ein Brennen des Lichtbogens ohne Abreißen und Zischgefahr an Stromquellen konstanter Spannung möglich ist, ward vielfach vom „Beruhigungswiderstand" gesprochen. In unseren weiteren Ausführungen wird derselbe als „Vorschaltwiderstand" bezeichnet.

2. Schwierigkeiten beim Kohlen-Nachschub

Wenn die fallende Charakteristik des Reinkohlebogens NICHT vorhanden wäre, ein Betrieb ohne Vorschaltwiderstand also möglich wäre, (immer noch eine Stromquelle konstanter Spannung von 50 V vorausgesetzt), so ergäbe sich folgendes:

Da sich durch den Abbrand der Kohlen die Bogenlänge vergrößert und der Lichtbogenwiderstand mit zunehmender Länge wächst, steigt die Bogenspannung. Gleichzeitig sinkt damit die Stromstärke, ein Vorgang, der jedem Vorführer bekannt ist.

Würde man also eine Bogenlampe, die an eine 50 V-Stromquelle angeschlossen ist, nicht ununterbrochen nachregulieren, d. h. die Bogenlänge genau konstant halten, wäre ein Abreißen des Bogens unvermeidlich.

Dies würde in dem Augenblick eintreten, da die Bogenlänge so groß geworden wäre, daß zur Bildung des Lichtbogens z. B. 50,5 V nötig sind.

Auch die besten automatischen Kohlen-Nachschubwerke können diese Konstanz der Bogenlampe nicht einhalten und benötigen einen gewissen Spielraum.

Beim Anschluß an eine entsprechend höhere Spannung über einen Vorschaltwiderstand hingegen steigt - infolge der absinkenden Stromstärke und des dadurch verminderten Spannungsabfalles im Vorschaltwiderstand - die Bogenspannung automatisch an.

3. Zu hoher Zündstrom

Stromanzeige für einen Projektor - bis 50 Ampere

Beim Zünden einer Bogenlampe, die an eine Stromquelle konstanter Spannung angeschlossen wäre, entstände naturgemäß ein sehr hoher Kurzschluß-Strom. Dieser würde nicht nur die Kohlespitzen, vor allen Dingen den Positiv-Krater zerstören, sondern auch durch eine starke Flammenbildung den Spiegel beschädigen.

Aus diesen drei Gründen kann also eine Reinkohlelampe nicht an eine konstante Spannung angeschlossen werden. Im praktischen Kinobetrieb verwendet man Umformer, deren Spannung konstant ist, aber 60% höher liegt als die gebräuchlichen Bogenspannungen. Der hierzu benötigte Vorschaltwiderstand wird mittels der Gleichung errechnet:

R = (e1 - e2) / i

worin
R = der gesuchte Widerstand in Ohm
e1 = die Maschinenspannung in Volt
e2 = die Bogenspannung in Volt
und i = die Stromstärke in Amp wäre.
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Der Reinkohle-Lichtbogen und der Vorschaltwiderstand

Ein motorischer Umformer für Gleichstrom
Ein Bogenlampen- Gleichrichter mit Röhren

Der Reinkohle-Lichtbogen brennt umso ruhiger, je höher die Generatorspannung ist, aber damit auch umso unwirtschaftlicher, da ein großer Teil der zur Verfügung stehenden Energie im Vorschaltwiderstand nutzlos in Wärme umgewandelt wird.

Diesen Nachteil nutzloser Energievernichtung kann man vermeiden, wenn man einen Spezialumformer mit negativer Charakteristik und ohne Vorschaltwiderstand verwendet. Derartige Umformer, die äußerst wirtschaftlich abeiten, sind in der Metallindustrie schon lange Zeit für Lichtbogenschweißungen in Gebrauch und werden neuerdings auch für Kinolampen hergestellt.

Über die Wirkungsweise dieser Maschine sei folgendes gesagt: Der normale Kino-Umformer benötigt einen Vorschaltwiderstand im Lampenstromkreis und gibt eine konstante Spannung von etwa 65-80 V ab. Diese Spannung sinkt bei Belastung vielleicht um einige Volt, bleibt im übrigen aber auch beim Zünden der Kohlen erhalten. Es ist möglich, an einen solchen Umformer in Verbindung mit einem zweiten Vorschaltwiderstand eine zweite Bogenlampe anzuschließen und mit der ersten gleichzeitig zu brennen, eine entsprechende Maschinenleistung vorausgesetzt.

Mit Spezial-Umformer und ohne Vorschaltwiderstand

Der Spezial-Umformer, an den eine Lampe ohne Vorschaltwiderstand angeschlossen werden kann, gibt ebenfalls eine Spannung von 65-80 V ab. Dieselbe ist jedoch nicht konstant, sondern sinkt mit zunehmender Belastung. Die Strom-Spannungs-Charakteristik dieser Maschinentype ist also - wie man sagt - ,,fallend" oder ,,negativ".

Im Augenblick des Zündens fällt die Spannung fast auf den Nullwert, um dann beim Auseinanderziehen der Kohlen wieder anzusteigen und denjenigen Wert anzunehmen, der dem Widerstand der Bogensäule entspricht, bei Reinkohlen also 45-50 V je nach Bogenlänge und Art der verwendeten Kohlenpaarung.

Es ist demnach nicht möglich, an einem solchen Umformer mit negativer Charakteristik gleichzeitig eine zweite Bogenlampe zu brennen, da beim Zünden infolge Zusammenbrechens der Spannung die erste Lampe erlöschen würde.

Überblendungen beim Generator - Betrieb

Abb. 023

Um eine saubere Überblendung vornehmen zu können, müssen die Lampen der beiden Bildwerfer gleichzeitig brennen, d. h. der Generator muß so dimensioniert sein, daß er ohne Überlastungserscheinungen die doppelte Betriebsstromstärke leistet.

Jede Lampe muß ihren eigenen Vorschaltwiderstand haben, so daß wie Abb. 23 zeigt, zwei getrennte Lampenstromkreise zur Verfügung stehen. Beim Zünden einer Lampe sinkt die Umformerspannung je nach Leistung und Bauart des Generators mehr oder weniger ab. Es muß also berücksichtigt werden, daß beim Zünden der zweiten Lampe nicht mehr die ursprüngliche Leerlaufspannung vorhanden ist und sich die restliche Spannung infolge der neu hinzukommenden Belastung nochmals verringert. Die Folge davon ist, daß dann auch die Stromstärke der ersten Lampe etwas absinkt. Um dem zu begegnen und auch ein Abreißen des Lichtbogens zu verhindern, verkleinere man die Bogenlänge der ersten Lampe sofort, nachdem die zweite gezündet wurde.

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