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Während bei der Strahlenbeugung die Linse vom Licht durchdrungen werden muß, um dem Weg des Lichtstrahles eine neue Richtung zu geben, geschieht die Ablenkung beim Spiegel bereits an der verspiegelten Oberfläche. Nicht die Brechkraft des Glases, sondern der Winkel, unter dem die spiegelnde Fläche in den Weg des Lichtstrahles gestellt wird, ist für die Richtungsänderung maßgebend.

Bei der nachfolgenden Betrachtung wird immer ein Oberflächen-Spiegel angenommen. Nur bei solchen Spiegeln kann der Verlauf eines Lichtstrahles unbeeinflußt von der polierten Glasoberfläche und der Brechkraft des Glases verfolgt werden.
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In der Abbildung 1 trifft der Lichtstrahl L senkrecht auf eine ebene, spiegelnde Fläche F. Dieser Lichtstrahl wird, da er im rechten Winkel zur Ebene F auftrifft, so durch den Spiegel umgelenkt, daß er wieder in sich selbst zurückfällt.

Fällt der gleiche Lichtstrahl (Abb. 2) unter einem Winkel i, der zwischen der Senkrechten, dem Lot auf der Fläche F und der Einfallsrichtung des Lichtstrahles liegt, auf den Spiegel, so wird er unter Beibehaltung des gleichen Winkels (in der Abbildung i genannt), auf die andere Seite des Lotes gebrochen und weitergeleitet. Der Einfallswinkel ist also gleich dem Ausfallswinkel.
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Diese Erkenntnis ist grundlegender Art und wird zum Verständnis der Verhältnisse bei allen spiegelnden Flächen gebraucht.

Ein paralleles Strahlenbüschel (oder Bündel), von dem wir in der Abb. 3 vier benachbarte, in einer Ebene liegende Strahlen verfolgen wollen, falle auf eine ebene, spiegelnde Fläche F, die schräg in der Einfallsrichtung steht.

Diese vier parallelen Strahlen werden durch den Spiegel gleichmäßig abgelenkt, d. h. wieder allesamt parallel in eine neue Richtung weitergeleitet. Die neue Richtung ist von dem Einfallswinkel abhängig.

Bei der Ablenkung tritt für die in der Papierebene liegenden Strahlen eine Vertauschung der Reihenfolge ein. Dies gilt aber nur für die Strahlen, welche in einer Ebene verlaufen, die parallel zu der betrachteten liegt. Für die in einer senkrecht zur Papierebene verlaufende Strahlenreihe tritt keine Vertauschung der Reihenfolge ein.
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Wird der Spiegel F in vier Streifen geschnitten und diese Streifen unter verschiedenem Winkel nebeneinander in den Weg der vier parallelen Lichtstrahlen gestellt, muß die Ablenkung unterschiedlich sein, da der Winkel zwischen Lot und Einfallsrichtung bei jedem Spiegel verschieden ist. Bei der Anordnung der Spiegelstreifen nach Abb. 4 werden die vier gerichteten Lichtstrahlen zerstreut bzw. gedehnt.
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Die Aufstellung der (einzelnen) Spiegel nach Abb. 5 richtet die Strahlen auf einen Punkt. Das Licht wird gesammelt. Legt man nun an die beim Schnitt durch die vier Spiegel entstandenen Linien einen Halbkreis, wie in Abb. 5 dargestellt, so tangieren die Linien diesen Halbkreis. - Es ist bekannt, daß man eine solche Linie dann eine Tangente nennt, wenn sie den Umfang eines Kreises in einem Punkt berührt, in welchem der Radius des Kreises zugleich auch das auf der Linie errichtete Lot ist. -

Der Umfang des Halbkreises ist aus einer unendlichen Vielzahl solcher von tangierenden Linien bzw. Spiegeln herrührenden Punkte zusammengesetzt denkbar. Da für jeden dieser (unendlich vielen) einzelnen punktförmigen Spiegel das Reflexionsgesetz ebener, spiegelnder Flächen angewendet werden muß, gilt dieses Gesetz auch für gekrümmte Spiegelflächen.

Diese gekrümmten Spiegelflächen können konvex (nach außen gewölbt) oder konkav (in der Praxis als Hohlspiegel bezeichnet) geformt sein. Da die Konvexspiegel in der Optik nicht so häufig verwendet werden, sollen hier nur die Konkavspiegel, also die Hohlspiegel, näher betrachtet werden.
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(auch sphärischer Spiegel genannt) Der in der Abb. 6 dargestellte Halbkreis ist ein ebener Schnitt durch einen Hohlspiegel, der die Form einer Halbkugel hat.

Die gestrichelte (waagrechte) Linie von N nach O geht durch die Mitte der Halbkugel und bildet die optische Achse. Auf dieser optischen Achse liegt der Mittelpunkt M, von dem aus die Radien senkrecht auf dem Umfang stehen. Wir haben oben gesehen, daß die Radien zugleich die Lote auf den Tangenten oder den gedachten punktförmigen Spiegelflächen sind.

Eine Lichtquelle im Punkt M würde, da die Lichtstrahlen senkrecht auf den Umfang fallen und in der gleichen Richtung zurückgeworfen werden, in sich selbst abgebildet.

Rückt die Lichtquelle aber in die Mitte zwischen dem Punkt M und dem Schnittpunkt S der optischen Achse mit dem Hohlspiegel, dann werden die Strahlen parallel zur optischen Achse reflektiert.
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Umgekehrt werden parallel zur optischen Achse einfallende Strahlen in diesem Punkt F gesammelt. Der Punkt F, der bei einem Kugelspiegel immer in der halben Entfernung zwischen S und M (= r/2) liegt, wird als Brennpunkt bezeichnet.

Wenn sich die Lichtquelle zwischen F und M befindet, erfolgt die Abbildung auf der optischen Achse rechts von M.

Es geht von dem Spiegel ein Lichtkegel aus, an dessen Spitze ein auffangbares, ein reelles aber umgekehrtes Bild der Lichtquelle entsteht. Diesen Lichtkegel nennt man ein konvergentes Strahlenbündel.

Verschieben wir die Lichtquelle in den Raum zwischen F und S, dann entsteht auch ein Lichtkegel, dessen Spitze aber hinter dem Hohlspiegel zu liegen scheint. An der Spitze dieses divergenten Strahlenbündels entsteht ein aufrechtes, nicht auffangbares, ein virtuelles Bild. Das Licht wird in diesem Falle in den Raum gestreut.
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Die Abbildung durch einen Kugelspiegel größerer Öffnung ist für alle Gegenstände, die außerhalb des Mittelpunktes M liegen, mit einem Fehler, sphärische Aberration genannt, behaftet.

Durch diesen Mangel liegen die Bilder der Randzonen des Spiegels näher zum Spiegel, als die der Mittelzonen (s. Abb. 7). Die reellen Bilder der einzelnen Spiegelzonen liegen auf der optischen Achse hintereinander aufgereiht.

Das Gesamtbild kann daher nicht scharf sein. Je weniger Randstrahlen an der Abbildung beteiligt sind, um so schärfer, aber auch um so lichtschwächer, wird dieses Gesamtbild. Eine Ausblendung der Randstrahlen käme einer Verkleinerung des Spiegeldurchmessers gleich.

Eine wirklich einwandfreie Abbildung durch Kugelspiegel erhält man nur dann, wenn sich der Gegenstand im Kugelmittelpunkt M befindet. Diese Gegebenheit wird in der Praxis bei der Beleuchtungsoptik in Verbindung mit Glühlampen verwendet. Man legt z.B. die Spiegelbilder einer Anzahl glühender Wendeln in deren Zwischenräume und erhält so eine annähernd gleichmäßig leuchtende Fläche.
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Eine andere Form, die man Hohlspiegeln gibt, ist der Abschnitt eines Drehkörpers, dessen ebener Schnitt eine Ellipse ist (s. Abb. 8). Eine Ellipse ist geometrisch die Kurve, bei der die Summe der Abstände eines jeden Punktes von zwei festen Punkten immer gleich groß ist.

In der Abb. 8 ist also die Summe der Strecke AB und BC, z. B. in allen dargestellten Fällen, gleich. Die Punkte A und C werden als Brennpunkte bezeichnet. Eine Ellipse hat die Eigenart, einen Gegenstand, der sich in einem der beiden Brennpunkte befindet, in dem anderen ohne sphärische Aberration abzubilden.

Bei dieser Abbildung tritt eine Vergrößerung des Gegenstandes ein, wenn sie aus dem zum Spiegel nahen in den entfernten Brennpunkt erfolgt. Wenn der Abstand des spiegelnahen Brennpunktes A von dem Spiegelscheitel S die Strecke s ist und der Abstand des zweiten Brennpunktes s', ergibt sich die Vergrößerung aus dem Verhältnis
s'/s.

Diese Entfernungen s und s' haben daher für die praktische Verwendung der Ellipsenspiegel große Bedeutung und werden von den Herstellerfirmen in ihren Prospekten angegeben. Manche Firmen geben aber auch noch eine Brennweite f an.

Diese Brennweite wird aus der Abbildungsformel für Linsen (1/f) =(1/a + 1/b) errechnet, wobei in diesem Falle a und b durch die Strecken s und s' ersetzt werden. Diese Brennweite hat nur theoretische Bedeutung und kann für Vergleichszwecke dienen.

Der in der Abbildung 8 stark ausgezogene Teil der Ellipse sei der Abschnitt, welchen wir als Spiegel verwenden und betrachten wollen. Wie aus der Abbildung 9 ersichtlich, blickt der Spiegelrand im Gegensatz zur Spiegelmitte von der Seite auf den Gegenstand im Punkt A. Dieser Gegenstand sei beispielsweise die kreisrunde, leuchtende Fläche eines Kohlekraters.
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Die Randteile des Spiegels sehen diesen runden Krater als mehr oder minder schmale Ellipse, die Mittelteile dagegen als Kreis, wie aus Abb. 10 ersichtlich ist. Hier bildet eine aus vielen kleinen Linsen zusammengesetzte Platte eine entsprechend große Anzahl von Kraterbildern auf einem Schirm ab. Jede Linse blickt über ein anderes Spiegelelement auf den runden Krater und entwirft daher nur das Bild, was dieser kleine Teil des Spiegels erfaßt. Man erkennt deutlich, wie die Spiegelzonen um das Mittelloch die runde Fläche auch rund wiedergeben, während die Randzonen den kreisrunden Krater als immer kleiner werdende Ellipsen abbilden. Diese vielen Bilder liegen im zweiten Brennpunkt C (Abb. 9) zentrisch übereinander, wobei nur die Mitte Licht von allen Einzelbildern erhält. Nach dem Rand fällt die Beleuchtungsstärke mehr oder weniger stark ab.
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Diesen Mangel des Ellipsenspiegels versucht man durch geringfügige Änderungen der elliptischen Form am Spiegelrand zu verkleinern. Man kann hierdurch zwar nicht vermeiden, daß die Randteile des Spiegels den Gegenstand im Punkt A anders sehen und abbilden als die Mittelzone, wohl aber, daß diese Randbilder das Mittelbild überlagern.

Die elliptischen Bilder werden durch die Formänderung an den Rand des Mittelzonenbildes verlegt (Abb. 11), wodurch sich die Gleichmäßigkeit der Lichtverteilung erhöht. So wirksame Spiegel werden „asphärische Spiegel" genannt. Die Bezeichnung asphärisch bedeutet „nicht kugelig", also von der reinen Kugelform abweichend.
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Verändert man die Form des Ellipsenspiegels derart, daß der zweite Brennpunkt im Unendlichen liegt, dann bekommt ein ebener Schnitt durch den Spiegel die Gestalt einer Parabel.

Die Abbildung dieses Parabol-Spiegels erfolgt ohne sphärische Aberration. Das den Spiegel verlassende parallele Strahlenbündel hat den Durchmesser des Spiegels.

Diese Eigenart des Parabol-Spiegels wird besonders bei Scheinwerfern ausgenutzt. Schaltet man in das parallele Strahlenbündel eine sammelnde Kondensorlinse, dann kann die Lichtquelle auch auf eine kleine Fläche abgebildet werden (s. Abb. 12).

Zur Ausnutzung des gesamten vom Spiegel erfaßten Lichtstromes muß der Durchmesser der konvexen Kondensorlinse naturgemäß dem des Spiegels entsprechen. Einer Beleuchtungseinrichtung mit Parabolspiegel und Kondensorlinse sind durch die Größe von Spiegel und Linse praktische Grenzen gesetzt.
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Bei den bisherigen Betrachtungen wurde der leichteren Verständlichkeit wegen angenommen, daß alle spiegelnden Flächen einwandfreie Formen haben und an der Oberfläche verspiegelt sind.

In der Praxis sind diese idealen Spiegel äußerst selten. Die Astronomie z. B. benötigt für ihre Spiegelteleskope sehr exakt abbildende Spiegel. Die Herstellung solcher exakten Spiegel-Flächen ist, besonders wenn sie von der Kugelform abweichen, sehr teuer.

Für die Kino-Spiegel ist eine so genaue Form nicht erforderlich. Durch geringe Abweichungen von der genauen Spiegelform wird die Lichtverteilung im Projektorfenster gleichmäßiger. Es werden die kreisrunden und elliptischen Einzelbilder etwas gegeneinander verschoben.
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Von besonderen Fällen abgesehen, werden Hohlspiegel vor allem für die Beleuchtungsoptik verwendet. Hohlspiegel besitzen dem Kondensorsystem gegenüber einen besonderen Vorzug: Der Öffnungswinkel, d. h. der Winkel unter dem der Lichtstrom einer Lichtquelle erfaßt werden kann, läßt sich bei einem Hohlspiegel sehr groß gestalten, wobei man mit Spiegellampen wesentlich höhere Lichtströme erhält als mit Kondensorlampen gleicher Stromstärke.

Die Abbildung 13 zeigt vergleichsweise den Öffnungswinkel eines Kondensorsystemes und den eines Hohlspiegels. Auf Grund von Erfahrungen, die man während des ersten Weltkrieges mit Hohlspiegeln in der Beleuchtungsoptik der Scheinwerfer gesammelt hatte, ging man etwa 1920 dazu über, auch in der Kinotechnik die Hohlspiegel einzuführen, die heute nicht mehr wegzudenken sind. v. H.


(1) Ein senkrecht auf treffender Lichtstrahl wird in sich reflektiert
(2) Bei schräg auftreffenden Strahlen ist der Einfallswinkel gleich dem Ausfallswinkel
(3) Reflexion an einer schräg im Strahlengang stehenden Fläche
(4) Strahlenablenkung an mehreren, verschieden schräg stehenden Spiegelflächen
(5) Reflexion an einer konkav gekrümmten Spiegelfläche. Die auffallenden Lichtstrahlen werden senkrecht zur Tangente des Reflexionspunktes zurückgeworfen und sammeln sich in diesem Fall in einem gemeinsamen Punkt
(6) Strahlenbrechung durch einen Hohlspiegel bei verschiedener Lage des Gegenstandes. Rückt die Lichtquelle von M nach dem Brennpunkt F, so werden die Strahlen parallel zur optischen Achse reflektiert
(7) Darstellung der „Sphärischen Aberration". Bei Kugelspiegeln liegen die Bilder der Randzonen des Spiegels näher zum Spiegel als die der Mittelzonen. Das Gesamtbild ist daher unscharf
(8) Die geometrischen Verhältnisse eines Ellip. senspiegels. Die Punkte A und C sind die Brennpunkte. Die Summe aller Strahlenpaare AB-BC ist gleich. Ein Gegenstand, der sich im Brennpunkt A befindet, wird in Punkt C ohne sphärische Aberration abgebildet
(9) Mitte und Rand eines Ellipsenspiegels ergeben verschieden geformte und unterschiedlich vergrößerte Bilder
(10) Viele kleine Linsen bilden einen Teil der Kraterbilder, die ein Ellipsenspiegel entwirft, auf einem Schirm ab. Man erkennt deutlich den Abfall der Beleuchtungsstärke von der Mitte zum Rand
(11) Abbildung durch einen asphärischen Spiegel. Randbilder überlagern Mittelbild und ermöglichen dadurch gleichmäßigere Lichtverteilung
(12) Strahlengang eines Parabolspiegels. Keine sphärische Aberration. Das parallele Strahlen, bündel hat den Durchmesser des Spiegels und kann durch eine Kondensorlinse auf eine kleine Fläche (Bildfenster) abgebildet werden
(13) Vergleich des Öffnungswinkels eines Kondensorsystems mit dem eines Hohlspiegels. Der fast dreimal so große Öffnungswinkel des Hohlspiegels ermöglicht bedeutend größere Lichtströme bei Spiegellampen als bei Kondensorlampen

Im "Filmtheaterbetriebe" hat der Filmvorführer fast immer die mehr oder weniger undankbare Aufgabe, auch den Betrieb aller elektrischen Anlagen, insbesondere das Funktionieren von Elektromotoren usw. zu überwachen.

Ist er kein gelernter Elektriker, so steht er oftmals vor unlösbaren Fragen, weil er über Schaltung und Wirkungsweise eines Elektromotors nicht informiert ist und demzufolge nicht in der Lage sein kann, Schäden und Fehler festzustellen oder zumindest dem Elektriker telefonisch anzugeben, um welchen Motortyp es sich überhaupt handelt.
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Der Elektromotor, gleich welcher Stromart und Leistung, ist eine Kraftmaschine, in der elektrischer Strom mechanische Arbeit durch Drehbewegung (Rotation) leistet.

Anmerkung : Das ist die Ausdrucksweise von 1955. Heute würde man das besser formulieren. Der Elektromotor wandelt elektrische Energie in kinetische (rotations-) Energie um.

Diese Leistung wird durch gegenseitige Anziehung und Abstoßung zweier elektrodynamischer Magnetfelder erzielt, von welchem eines im feststehenden Motorteil (Ständer), das andere im umlaufenden Teil (Läufer, Rotor oder Anker) arbeitet.

Gleichstrommotore gibt es als Nebenschluß-, Hauptschluß- und Doppelschluß-Motore, ihr Kennzeichen ist die Anker- (Läufer-) Stromzuführung über fest angeordnete elektrodenähnliche "Bürsten" zum umlaufenden Stromwender (Kommutator).

Gleichstrommotore können auch als Dynamo verwendet werden, indem sie von einer Wasser- oder Dampfkraftanlage oder einer sonstigen Antriebsvorrichtung in Bewegung gesetzt werden, so daß den Anschlußklemmen des Motors nunmehr Strom entnommen werden kann.

Ein 1,5kW-Motor wird in diesem Fall auch als Dynamo 1,5 kW-Leistung abgeben, wenn er die gleiche Umdrehungsgeschwindigkeit erhält, die er bei Stromaufnahme erreicht.

Drehstrommotore werden meist als Drehfeldmaschinen gebaut. Bei diesen Motoren befindet sich ein in Ständer oder Läuferwicklung hervorgerufenes elektromagnetisches Feld in relativer Drehbewegung zur erzeugenden Wicklung.
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Der Reihenschlußmotor wird in Filmtheatern häufig zur Bedienung von Vorhängen verwendet. Er ist für Wechselstrom und Gleichstrom zu haben und zeichnet sich durch ein besonders großes Anzugsmoment aus. Da das Auf- und Zuziehen eines Vorhangs nicht unerhebliche Kräfte erfordert, sind derartige Motore hierfür besonders geeignet.

Die Drehzahl des Reihenschlußmotors ist von der Spannung und Belastung abhängig, so daß sie nicht konstant ist. Für einen Tonantrieb wäre ein Motor dieser Art demnach unbrauchbar.

Da sich die Drehrichtung durch Vertauschen der Anschlüsse am Anker ändern läßt, ist der Motor zur Fernbedienung gut geeignet.

Nebenschluß- und Kompoundmotore sind nur für Gleichstrom verwendbar. Sie ergeben eine gleichmäßige Drehzahl, die von Spannung und Belastung fast unabhängig ist. Im gewissen Bereich ist eine Regelung der Drehzahl im Nebenschluß möglich, so daß der Nebenschluß-Motor für Tonfilmprojektoren geeignet ist. Auch hier ist die Änderung der Drehrichtung durch Vertauschen der Ankeranschlüsse möglich.

Nebenschlußläufer-Motore sind für Wechsel- und Drehstrom vorgesehen. Bei diesen Motortypen ist eine Regelung der Drehzahl unmöglich. Bei Wechselstromantrieb werden Nebenschlußläufer-Motore meist als Drehstrommotore mit Hilfskondensator eingesetzt. Die Drehrichtung läßt sich an diesem Motortyp durch Vertauschen zweier Netzanschlüsse ändern.

Der Asynchronmotor wird in der modernen Elektrotechnik vielfach angewendet. Die Drehzahl dieses Motors ist vom Schlupf abhängig, dieser wiederum von der Spannung und Belastung.

Synchronmotore werden besonders in der Tonfilm-Aufnahmetechnik verwendet. Trotz Belastungs- und Spannungsschwankungen weisen Synchronmotore stets eine konstante Drehzahl auf. Die Drehzahl ist von der Periodenzahl (Frequenz) des Netzes abhängig.

Soll in der Film-Aufnahmetechnik die Aufnahme einer Filmprojektion (Background bzw. Hintergrundprojektion) vorgenommen werden, so muß die Filmkamera wie auch der Filmprojektor mit einem Synchronmotor ausgerüstet sein, damit ein vollkommener Synchronismus erreichbar ist. Auch bei Filmprojektoren werden vielfach Synchronmotore (besonders im Schmalfilmgerätebau) bevorzugt.

Die Elektromotore werden mit Wicklungen versehen, deren Isolierungen mehr oder weniger hitzeempfindlich sind. Man unterscheidet vier verschiedene Wicklungsklassen (II O, III A, IV A f und A o).

In Nuten gebettete Wechselstrom- Ständerwicklungen sind nur gering hitzebeständig. Motore mit derartigen Wicklungen dürfen keine Überbelastung erfahren, da die Isolierungen nur jeweils 40-60 C° je nach Klasse schadlos aushalten. Einlagige Feldwicklungen und zweilagige Feldwicklungen in Volltrommelläufern vertragen 60-70° C, während dauernd kurzgeschlossene Wicklungen eine Wärmebelastung von 55-65° C ohne Schaden vertragen.

Alle anderen Wicklungen können mit 50-60 C° in Betrieb sein, doch ist hierauf zu achten, daß stärkere Erwärmungen vermieden werden. Wo diese auftreten, zeigt sich irgend ein Schaden an, der alsbald beseitigt werden sollte. Läuft ein schadhafter Motor weiter, wird die Wicklung an irgendeiner Stelle zerstört und die Reparaturkosten werden vervielfacht.

Stark funkensprühende oder heiß werdende Elektromotore sollte man tunlichst sofort von einem Fachmann überprüfen lassen. Meist ist nur ein Kohlepaar auszuwechseln oder Schleifer sind zu säubern. Derartige Arbeiten kann auch der ungeschulte Filmvorführer vornehmen, wenn er geringe Kenntnisse vom Elektromotor besitzt.
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Allgemein ist zu beachten, daß ein Motor nur so warm werden soll, daß er nicht mehr als normale Handwärme ausstrahlt bzw. daß das Motorengehäuse nicht heißer wird, als man an der aufgelegten Hand vertragen kann.

Im übrigen sollte man Typenschilder an Elektromotoren stets lesbar erhalten, damit man jederzeit in der Lage ist, auf Anfrage anzugeben, welche Daten der betreffende Motor aufweist. Zweckmäßig wäre auch eine Aufstellung der technischen Daten aller Elektromotore, die im Filmtheaterbetrieb verwendet werden, und eine Liste aller Ersatzteilnummern (Kohlengröße, Bürstenart usw.).

Im Notfall kann eine derartige Aufstellung große Dienste erweisen, bietet sie doch die Möglichkeit einer schnellen Beschaffung der erforderlichen Ersatzteile. Darüber hinaus wäre es auch zweckmäßig, im Ersatzteillager, das ja jeder Vorführraum aufweisen sollte, zumindest die entsprechenden Kohlenpaare für alle im Hause befindlichen Elektromotore zu führen.  -dbs-

Erstaunt und verwundert wird mancher überraschte Leser vielleicht nach der Titelseite dieses Heftes sehen, ob ihm etwa eine Nummer vom 1. April in die Finger geraten ist. Aber dem ist nicht so.

Es handelt sich hier um folgendes aus der Praxis: Wird bei einem Drehstrommotor eine seiner drei Zuleitungen abgeklemmt, so läuft der Motor nicht mehr dreiphasig, wie es einem Drehstrommotor zukommt, sondern einphasig wie ein Wechselstrommotor. Das heißt, durch Abschalten einer Zuleitung wird aus dreiphasigem Strom einphasiger. Also doch 3 - 1 = 1. Wo liegt der Fehler?

Nun die Erklärung ist gar nicht so schwierig. Es ist schon richtig, daß aus dem (dreiphasigen) Drehstrom durch Abschalten einer Zuleitung einphasiger Wechselstrom entsteht und nicht, wie vielleicht mancher Leser gedacht haben mag, zweiphasiger Strom.

Zu oft hört man nämlich, sogar von Fachleuten, die Redewendung: „Eine Zuleitung ist unterbrochen, der Motor läuft nur auf zwei Phasen."

Das stimmt nicht, er läuft in diesem Falle tatsächlich nur einphasig. Denn durch das Abschalten eines Drahtes werden zwei Phasen des dreiphasigen Stromes unterbrochen, da ja, der Eigenart des Drehstroms entsprechend, die Ströme miteinander verkettet sind, d. h., ein Leiter nicht nur eine Phase führt, sondern zwei.

In der Gleichung 3 - 1 = 1 werden also zwei grundverschiedene Dinge subtrahiert, nämlich drei Phasen - eine Zuleitung. Das ist natürlich nicht gut möglich, ebenso wie man von drei Kartoffeln nicht eine Tomate subtrahieren kann. Da durch das Entfernen einer Zuleitung gleich zwei Phasen ausfallen, muß unsere Gleichung also lauten:
3 Phasen - 2 Phasen - 1 Phase.

Drehstrom-Motor, eine Zuleitung unterbrochen. Links: Sternschaltung. Rechts: Dreieckschaltung

Der 22. März 1955 war ein bedeutsames Datum, denn an diesem Tage vor 60 Jahren fand die erste Vorstellung des „Lumiereschen Kinematographen" in Paris statt. Es wurde damals ein 15m langer Filmstreifen vorgeführt, der die Arbeiter des Lumiereschen Unternehmens beim Verlassen der Fabrik in Lyon zeigte.

Die sensationelle Vorführung fand in der gesamten wissenschaftlichen Welt und in der Presse stärksten Nachhall. Diese Darbietung am 22. März 1895 war die erste eines Films in der Form, wie er heute noch verwendet wird, und damit der Beginn der Entwicklung des Films überhaupt.

So wie für Frankreich der Name Lumiere mit der Erfindung des Films verbunden ist, so ist es in Amerika Thomas Alva Edison und für uns in Deutschland Oskar Meßter.

Den Erfindungen, die von diesen drei Männern auf dem Filmgebiet gemacht wurden, gingen wichtige Vorarbeiten voraus, von denen die „lebenden Photographien" des Amerikaners Muybridge (1877) und der „elektrische Schnellseher" von Ottomar Anschütz (1887) (ein direkter Vorläufer der Kinematographie) am bekanntesten geworden sind.

Der erste deutsche „Kinematographenapparat" wurde 1895 von Oskar Meßter entwickelt und 1896 auf den Markt gebracht. Oskar Meßter hat jedoch nicht nur das Verdienst, den ersten deutschen Filmvorführ-Apparat geschaffen zu haben, sondern er ist auch der Begründer der deutschen Filmindustrie, indem er die ersten ständigen und ortsgebundenen Kinos ins Leben rief und auch als Filmfabrikant das erste deutsche Filmatelier auf einem Dachboden in der Berliner Friedrichstraße einrichtete und dort u. a. Henny Porten als ersten „Filmstar" beschäftigte.

Wenn man sich heute rückschauend überlegt, was in diesen 60 Jahren auf dem Kinogebiet geleistet wurde, dann besteht ein begründeter Anlaß, all derer zu gedenken, die uns diese technische Errungenschaft ermöglichten.

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Einer der wichtigsten Bestandteile des Lichttongerätes ist die Fotozelle. Sie hat die Aufgabe, den auf dem Filmband fotografisch aufgezeichneten Ton abzutasten und in Stromimpulse umzuwandeln, die über den Verstärker und Lautsprecher als Musik oder Sprache wiedergegeben werden.

Die physikalischen Grundlagen der Fotozelle gehen auf eine Entdeckung von Prof. Hallwachs aus dem Jahre 1887 zurück, die darin bestand, daß sich nahe der Oberfläche beliebiger Metalle kleinste negative Elektrizitätsteilchen - die sogen. „Elektronen" - befinden, die durch Bestrahlung der Metalloberfläche mit Licht eine zusätzliche Energie empfangen, die sie befähigt, aus der Metalloberfläche herauszutreten.

Am besten eignen sich hierzu Alkalimetalle wie: Cadmium, Natrium, Kalium, Calcium und besonders Caesium, die gegenüber anderen Metallen auch bei Glühlampenlicht einen genügend starken Elektronenstrom - den Fotostrom - erzeugen, der sich mit der Stärke des auffallenden Lichtes in Abhängigkeit von der Dichte der Tonspur ändert.

Im übrigen spielt die Farbe des auffallenden Lichtes eine gewisse Rolle. Die den Elektronen zugeführte Energie wird um so größer, je kurzwelliger das bestrahlende Licht ist. Ultraviolettes oder violettes Licht erzeugt mehr Energie als gelbliches oder rötliches.
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Außerdem ist das Verhalten der Elektronen selbst von dem Metall abhängig, aus dem man sie zum Austritt durch Bestrahlung veranlassen will. Während z. B. der Austritt aus einer Zinkplatte nur durch ultraviolettes Licht erzwungen werden kann, ist es bei den Alkalimetallen schon bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht möglich.

Ihrem Aufbau nach besteht die Fotozelle aus einem Glaskörper, in welchem zwei Elektroden eingeschmolzen sind: eine Kathode, mit lichtempfindlichem Alkalimetall überzogen und an den negativen Pol einer Batterie angeschlossen und eine Anode, an den positiven Pol dieser Batterie angeschlossen.

Die Wirkung der Fotozelle ist nun so, daß die an der Anode liegende positive Spannung die vom Licht frei gemachten Elektronen anzieht bzw. ansaugt. Deshalb nennt man diese Spannung auch „Saugspannung".

Auf diese Weise entsteht ein Stromkreis, durch welchen der „Fotostrom" fließt. Die angelegte Gleichspannung ist in ihrer Höhe durch praktische Erwägungen begrenzt. Bei einer gewissen Größe dieser Spannung tritt nämlich ein Moment ein, in welchem durch die Saugspannung keine zusätzlichen Elektronen mehr frei gemacht werden können, d. h., es tritt eine „Sättigung" ein. Diesen Spannungswert nennt man daher „Sättigungsspannung".

Ist der Glaskörper der Fotozelle luftleer, so tritt diese Sättigung schon bei etwa 20V ein. Füllt man hingegen den Glaskörper mit einem Edelgas (Argon, Neon, Krypton, Helium o. ä.) so gelingt es, durch Aufprall der frei werdenden Elektronen auf die Gasatome zusätzliche Elektronen frei zu machen und damit den Fotostrom und die Empfindlichkeit der Fotozelle zu erhöhen.

Das bedingt aber wiederum eine Erhöhung der an die Zelle gelegten Spannung, so daß bei den heute gebräuchlichen Fotozellen Saugspannungen von 90-150 Volt üblich sind. Diese Spannung wird „Ionisationsspannung" genannt, wobei auch die Gasart, der Gasdruck und der Elektrodenabstand eine Rolle spielen.

Wird die Saugspannung wissentlich oder versehentlich über die obere Grenze hinaus erhöht, so werden die durch die Spaltung der Gasatome frei werdenden „Ionen" - ein Atom besteht aus Elektronen und Ionen - mit großer Wucht auf die Kathode geschleudert, welche dadurch zum Glühen gebracht und zerstört wird. Eine solche Erscheinung - die die Vorführer aus ihrer Praxis kennen werden - macht sich durch starke Prasselgeräusche im Lautsprecher bemerkbar.
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Die Fotozelle hat bekanntlich die Aufgabe, die verhältnismäßig eng aneinander liegenden Sprossen oder Zacken der Tonschrift abzutasten.

Sie muß daher mit Rücksicht auf die Tonfilm-Geschwindigkeit von 24 Bildern/Sek. leicht und schnell reagieren. Sie muß ferner frequenzunabhängig und amplitudengetreu arbeiten, d. h., alle Feinheiten der Aufzeichnung genau wiedergeben; sie muß trägheitsfrei sein, d. h. der erzeugte Fotostrom muß augenblicklich aussetzen, wenn auf eine Belichtung eine dunkle Stelle folgt und umgekehrt, und sie muß schließlich so viel Leistungsfähigkeit besitzen, daß bei der nachfolgenden Verstärkung im Vor- und Hauptverstärker eine genügend große elektroakustische Leistung erzielt werden kann.

Das von der Tonlampe kommende Licht wird bekanntlich - wie bereits in FV 4/1955 ausgeführt - durch eine Spaltoptik geführt, die auf dem Tonstreifen einen schmalen Spalt von 0,018mm abbildet.

Die Breite dieses Spaltes ist gegeben durch die Tatsache, daß in einer Sekunde eine Filmlänge von 24 Bildern von 19mm Höhe = 456mm Länge an dem Spalt vorübergeführt wird.

Nimmt man an, daß auf dem Tonstreifen ein Ton von 8.000 Hz aufgezeichnet ist, so würden auf einer Länge von 456mm Tonspur 8.000 Einzelschwingungen aufgezeichnet sein.

Die Aufzeichnungslänge einer Einzelschwingung dieser Frequenz würde also 456/8000 = 0,057 mm betragen. Um eine solche kleine Strecke so abzutasten, daß daneben liegende Tonstreifen-Partien nicht mit erfaßt werden, muß der Spalt in Wirklichkeit noch kleiner gemacht werden.

In der Praxis hat man sich daher auf eine Breite von 0,02mm bei einer Länge von 2,5mm (entsprechend der Tonstreifenbreite) für die Spaltabmessungen geeinigt. Da es in der Praxis schwierig ist, einen mechanischen Spalt von 0,02mm Breite herzustellen, wird der Spalt auf optische Weise erzeugt, wie bereits in FV 4/1955 angedeutet.

Zu diesem Zweck ordnet man zwischen Tonlampe und Tonstreifen eine „Tonoptik" an, die aus einer justierbaren Zylinderlinse besteht, welche die Eigenschaft hat, in den beiden aufeinander senkrecht stehenden optischen Achsen dieser Linse verschieden zu verkleinern, z. B. 1:50 und 1:4), so daß es auf diese Weise möglich ist, ohne großen Aufwand die gewünschten Spaltabmessungen durch entsprechende Bündelung des aus der Tonlampe ausstrahlenden Lichtes zu erhalten.

Konstruktiver Aufbau eines Fotozellenkabels mit Luftisolation.
(Werkzeichnung: Kabelwerk: Vacha)
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Man erkennt aus dieser Zusammenstellung, welche große Bedeutung die Eigenschaften der Fotozelle, insbesondere die Empfindlichkeit, haben. Man ging daher im Zuge der Weiterentwicklung der Fotozellen von der Vakuumzelle zur Edelgaszelle dazu über, durch besondere Behandlung der Kathodenoberfläche und ihre Anpassung an die vom Glühlampenlicht bevorzugten Spektralbereiche insbesondere die Empfindlichkeit der Fotozellen immer weiter zu steigern und sie fabrikationsmäßig so herzustellen, daß sie sich im Dauerbetrieb nicht verändern, wie es bei den ersten Versuchsmustern noch der Fall war.

Die bekannten deutschen Herstellerfirmen liefern heute Fotozellen, die in jeder Weise diesen Anforderungen entsprechen und auch bei der Wiedergabe von Farb-Tonfilmen eine zufriedenstellende Tonwiedergabe ermöglichen.

Die Empfindlichkeit der Fotozellen wird in Mikro-Ampere pro Lumen angegeben (1 Mikro-Ampere ist 1 millionstel Ampere; 1 Lumen ist der Lichtstrom, der den fotoelektrischen Strom in der Fotozelle erzeugt).

Die früheren Vakuum-Fotozellen hatten Empfindlichkeiten von 5 bis 20 Mikroampere/Lumen; die auftretenden Lichtströme betrugen 0,02 bis 0,1 Lm. Die modernen Edelgaszellen weisen hingegen Empfindlichkeiten bis 300 Mikroampere/Lm. auf.
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Bei einer bestimmten Zellenspannung beginnt die Zelle, wie eingangs erwähnt, zu glimmen. Diese „Glimmspannung" wird auch als „Zündspannung" bezeichnet. Die eigentliche Betriebsspannung soll zur Erhaltung der Lebensdauer der Fotozelle stets unter dieser Zündspannung liegen.

Beim Einsetzen neuer Fotozellen ist stets darauf zu achten, welche Betriebsspannung vorgeschrieben ist. Diese schwankt je nach Ausführung und Fabrikat der Zelle zwischen 90 und 150 V. Die modernen Verstärker besitzen Einstellvorrichtungen zur Veränderung der Fotozellenspannung, so daß die Möglichkeit gegeben ist, diese den jeweiligen Bedürfnissen anzupassen.

Die Fotozellen sind vor Tageslicht zu schützen, insbesondere auch bei der Vorratslagerung, weil sonst die lichtempfindliche Schicht zerstört werden kann. Zu diesem Zweck haben die Zellen meist eine rotbraune Schicht über dem Zellenfenster.
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Die Lebensdauer einer Fotozelle kann sehr verschieden sein. Nichtbenutzte Zellen verbrauchen sich erfahrungsgemäß schneller als die in Betrieb befindlichen. Es ist daher ratsam, die Zellen in Reserve nicht zu lange zu lagern. Die Beendigung der Lebensdauer der Zelle äußert sich durch Rauschen und Prasseln, das auch bei stehendem Film hörbar ist, und durch Abnahme der Lautstärke.

Die Verbindung der Fotozelle im Lichttongerät mit dem Verstärker an der Kabinenwand bzw. mit dem separaten Fotozellen-Verstärker erfolgt durch ein flexibles Fotozellenkabel, ein Spezialkabel mit möglichst geringer Kapazität.

Dieses besteht aus einer Kabelseele (eindrahtig), die durch Stege in einem Luftraum gehalten wird, welche wiederum in einem Kabelschlauch angeordnet sind. Dieser Kabelschlauch ist mit einem Metallmantel umgeben, der über einen Anschlußdraht an die Kathode der Zelle angeschlossen wird, während die Kabelseele der Anode zugeführt wird.

Je größer der Abstand zwischen Seele und Metallmantel ist, um so geringer ist die Kapazität des Kabels. Es ist also bei der Montage der Anlage darauf zu achten, daß nur Fotozellenkabel verwendet werden, die eine Kapazität aufweisen, welche auf den Verstärker abgestimmt ist, und daß gute Kontaktgebung erzielt wird, um unliebsame Störungen zu vermeiden.

Es ist weiter darauf zu achten, daß das Fotozellenkabel vor Öl geschützt wird, weil dadurch das Kabel zerstört werden kann, und daß zum Löten ölfreies Lötfett verwendet wird, da sonst nach einiger Zeit Kontaktstörungen durch Oxydation auftreten können. Schließlich ist das Fotozellenkabel auch vor Knicken zu sichern, da beim Bruch der Stege Kapazitätsänderungen eintreten, die sich durch dumpfes Knattern im Rhythmus des Malteserkreuzschlages bemerkbar machen. Es muß daher dringend angeraten werden, nur Fotozellenkabel der anerkannten Fachfirmen zu verwenden und die Montage des Kabels durch einen Fachmann vornehmen zu lassen. -Z-

Fotozelle Type TE 14Gb für die Bild-Tonmaschine ERNEMANN X. Oben die komplette Fotozelle, darunter Zellenkörper aus Glas