Nernst Lampe (AEG, c. 1903)

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft, Berlin. Nernst Lampe. Booklet, 38 pp., c. 1903

Nernst Lampe

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft

Berlin

Vor etwa 20 Jahren begann die elektrische Beleuchtung mit der Einführung der elektrischen Glühlampe in Wettbewerb mit der Gasbeleuchtung zu treten. Das neue Licht zeigte sich der Gasbeleuchtung für die damals Schnitt- und Argand-Brenner ausschliesslich benutzt wurden, so überlegen, dass es eine Zeit lang schien, als ob die Glühlampe im Verein mit der Bogenlampe sehr bald die Gasbeleuchtung ganz verdrängen würde. Aber das Auerlicht brachte einen gewaltigen Fortschritt; wenn auch die allseitig zugestandenen Vorzüge des elektrischen Glühlichts dem verbesserten Auerlicht gegenüber bestehen blieben, so war doch zweifellos durch die grössere Billigkeit des Auerlichtes ein erfolgreicher Mitbewerber entstanden, der die weitere Verbreitung des elektrischen Lichtes zwar nicht verhindern konnte, aber doch verlangsamen musste. Das Auerlicht brachte auch zwischen die 5- bis 32kerzigen Glühlampen und die hochkerzigen Bogenlampen eine Mittelstufe bis etwa 100 Kerzen und steigerte dadurch das Lichtbedürfnis. Man verlangte für den allgemeinen Gebrauch auch vom elektrischen Licht höhere Einheiten ohne höhere Kosten.

Das Nächstliegende war, dahin zu streben, elektrische Glühlampen herzustellen, die einen geringeren Verbrauch für die Lichteinheit hatten, denn die elektrische Glühlampe hat einen schlechten Wirkungsgrad; die Versuche nach dieser Richtung sind alt und sehr oft erfolglos wiederholt worden. Eine höhere Oekonomie der Glühlampe war stets nur mit einer derartig verringerten Lebensdauer bei abnehmender Leuchtkraft zu erreichen, dass ein Vorteil dabei nicht erzielt werden konnte.

Die Nernstlampe giebt uns endlich eine elektrische Glühlampe, welche bei gleicher Helligkeit wie die Kohlenglühlampe die Hälfte des Stromes verbraucht, und welche es auch gestattet, kleine, mittlere und grosse Lichteinheiten bis zu mehreren 100 Kerzen zu verwenden.

Entwicklung der Nernstlampe.

Professor Nernst in Göttingen hat die grosse Feuerbeständigkeit der Metalloxyde der seltenen Erden, die in der Gastechnik zu ungeahnten Fortschritten geführt hatten, auch für die elektrische Beleuchtung nutzbar gemacht. Eine grosse Anzahl von Versuchen führte zu dem Resultat, dass man aus bestimmten Metalloxyden Körper herstellen könne, die zwar bei gewöhnlicher Temperatur nichtleitend sind, die aber, sobald sie auf 600 bis 800° C. erwärmt werden, zu leiten beginnen. Sie werden bei Weissglut zu so vorzüglichen Leitern, dass sie in gleicher Weise wie die Kohlenfäden der Glühlampe bei den Spannungen normaler Beleuchtungsanlagen als Lichtquelle benutzt werden können.

Professor Nernst war es schon im Jahre 1897 gelungen, mittelst einer äusseren Wärmequelle in Form einer Streichholz-, einer Spiritus- oder Petroleumflamme seine neuen Leuchtkörper so vorzuwärmen, dass sie leitend wurden und ein sehr schönes weisses Licht ausstrahlten; eine weitere Erwärmung durch eine äussere Wärmequelle war dann nicht mehr nötig, da der durchfliessende Strom die Leuchtkörper auf Weissgluttemperatur erhielt.

Aber schon während seiner Laboratoriumsversuche sah Professor Nernst ein, dass die Benutzung eines Streichholzes oder einer Spirituslampe zum Vorwärmen dem elektrischen Licht eines seiner wesentlichsten Vorzüge, nämlich das selbsttätige Erleuchten nehmen würde; er ordnete daher für die Vorwärmung eine elektrische Heizspirale an, welche den Glühkörper umgibt und nach der Erwärmung selbsttätig ausgeschaltet wird.

Die neue Lampe zeigte in ihrer ersten Ausführung auch noch eine übergrosse Empfindlichkeit gegen Spannungsschwankungen; durch einen Vorschaltwiderstand aus dünnem Eisendraht, der in eine mit Wasserstoffgas gefüllte Glasröhre eingeschlossen ist, wurde ein geeigneter Regulator geschaffen.

Durch jahrelange Arbeiten ist es der Allgemeinen Elektricitäts-Gesellschaft gelungen, die Nernstlampe elektrisch und mechanisch so auszubilden, dass die Lampe einfach, die Abnutzung gering, die einzelnen Teile leicht auswechselbar sind und die Ersparnis gegenüber den Kohlenglühlampen über 50 % beträgt.

Anordnung der Nernstlampen.

Die Nernstlampen werden von der A. E.-G. zur Zeit in zwei Normalmodellen ausgeführt:

Die B-Lampe, welche in umstehender Abbildung mit einer Edisonfassung dargestellt ist, besteht aus vier Hauptteilen: Sockel, Vorschaltwiderstand, Brenner und Glasglocke. Die Zusammensetzung geschieht in der Weise, dass der Vorschaltwiderstand in den Sockel zwischen zwei hierfür vorgesehene Metallschienen hineingeschoben wird, und zwar so, dass er mit dem Glasknopf nach oben steht; hierauf wird der Brenner, der auf der oberen Seite den Leuchtkörper und die zu seiner Vorwärmung dienende Heizspirale trägt, mit den auf der unteren Seite befindlichen drei Metallhülsen auf die Metallstäbe des Sockels geschoben. Es ist zu beachten, dass hierbei der Brenner stets an dem runden Porzellanstück angefasst werden muss. Auf den Sockel wird dann mit einem Bajonettverschluss die Glocke aufgesetzt. Die elektrische Verbindung der einzelnen Teile der Lampe mit der Stromzuführung ergibt sich aus dem vorstehenden Schema, in welchem, wie bei allen Edisonfassungen, die Stromzuführung einerseits durch das Gewinde, andererseits durch eine am unteren Teile des Sockels angeordnete Metallplatte geschieht. In dem aus Porzellan hergestellten hohlen Sockel befindet sich ein kleiner Elektromagnet g, dessen Wicklung unter Zwischenschaltung des Vorschaltwiderstandes f mit dem Leuchtkörper hintereinandergeschaltet ist, während sein Anker l, solange der Elektromagnet nicht vom Strom durchflossen ist, durch Federkraft gegen einen Kontakt gepresst wird und dadurch den Stromkreis für die Heizspirale schliesst. Sobald durch diese der Leuchtkörper so weit erwärmt worden ist, dass er selbst leitet, wird auch die Wicklung des Elektromagneten vom Strom durchflossen, sein Kern wird magnetisch, zieht den Anker an, unterbricht damit den Strom für den Heizkörper und der Anker nimmt die in dem Schema punktiert angedeutete Stellung ein.

Die Lampe Modell A besteht - abgesehen von der zur Aufhängung erforderlichen Garnitur - ganz wie die B-Lampe aus Sockel, Brenner und Widerstand. An die Garnitur wird mit Hülfe von drei Schrauben die Glocke befestigt. In diese Garnitur wird dann die eigentliche Lampe eingesetzt, so wie es die Abbildung veranschaulicht. Um die Lampe zusammenzusetzen, steckt man den Widerstand, der seinem Aussehen nach einer röhrenförmigen Glühlampe ähnelt, mit seinem Metallfuss in die auf dem Porzellanstein befindliche Bajonettfassung und schiebt dann über das Ganze die in der Abbildung sichtbare Haube. An der Unterseite des Porzellansteines sind drei Kontaktstücke befestigt. Die Lampe lässt sich mit Hülfe einer einschraubbaren Oese an Schnüren, Zugpendeln oder dergleichen befestigen, oder es kann auch die Garnitur mittelst Zwischenstücken an Gasröhren geschraubt werden. Soll die Lampe im Freien benutzt werden, so muss anstatt der Oese eine wasserdichte Drahteinführung mit isolierter Aufhängung verwendet werden.

Brenner und Widerstand aller Nernstlampen sind ausser mit der Stromstärke auch noch mit der Spannung bezeichnet, die jede von ihnen bei normalem Betriebe erfordert. Die Summe der Spannung von Brenner und Widerstand muss gleich der höchsten im Netz vorkommenden Spannung sein.

In jede Lampe dürfen nur solche Brenner und Widerstände eingesetzt werden, die mit der gleichen Stromstärke bezeichnet sind wie die Lampe selbst. Ebenso dürfen Gleichstrombrenner die das Zeichen = tragen, nie für Wechselstrom, Wechselstrombrenner, die das Zeichen ~ tragen, nie für Gleichstrom benutzt werden. Es ist daher bei Bestellung von Lampen stets anzugeben, ob Wechselstrom oder Gleichstrom in Betracht kommt und welche Spannung im Netz herrscht.

Werden die Nernstlampen in Wechselstromanlagen montiert, so ist es natürlich gleichgültig, wie die Stromzuführungen mit den Lampenkontakten verbunden werden; werden jedoch die Lampen für Gleichstrom verwendet, so ist streng darauf zu achten, dass bei Lampen Modell A der positive Pol an der mit +, der negative Draht an der mit - bezeichneten Schraube befestigt wird. Bei den Lampen Modell A, die stets nach der Montage in der gleichen Verbindung bleiben, geschieht die Kontrolle der Pole mit Hülfe von Polreagenzpapier in der bekannten Weise. Die B-Lampen mit Edisonfassung sind so zu schalten, dass das Gewinde mit dem negativen Pol in Verbindung steht; da derartige Lampen wegen ihres bequemen Ein- und Ausschaltens oft an einer Stelle ein- und an einer anderen Stelle wieder ausgeschraubt werden, so ist, mit Rücksicht auf die Lebensdauer der Lampen, stets darauf zu achten, dass das Gewinde mit dem negativen Pol in Verbindung steht. Um dies in bequemer Weise feststellen zu können, haben wir einen Polprüfer konstruiert, der wie eine Lampe in die Fassung eingeschraubt und eingeschaltet wird. Nimmt die Flüssigkeit im Polprüfer an dem mit rotem Glas bezeichneten Pol eine rote Färbung an, so ist die Schaltung in der Fassung richtig, tritt dagegen die rote Färbung an dem Pol in der Nähe des Gewindes auf, so ist die Stromrichtung falsch, und die Pole in der Fassung müssen miteinander vertauscht werden, ehe eine Nernstlampe eingesetzt wird. Durch Schütteln des Polprüfers verschwindet die rote Farbe wieder und der Polprüfer kann von neuem gebraucht werden.

Vorteile der Nernstlampe.

1. Die Farbe des Lichtes der Nernstlampe kommt derjenigen des Sonnenlichtes sehr nahe, wie Vergleiche der Lichtspektren leicht beweisen, sodass die Beleuchtung mit Nernstlampen dem Tageslicht am besten entspricht.

2. Der Energieverbrauch der Nernstlampe ist bei Lampen mittlerer Kerzenstärke etwa halb so gross als der Verbrauch der Kohlenglühlichtlampen; bei höheren Lichteinheiten bis 250 Kerzenstärken ist die Ersparnis noch grösser.

3. Die Nernstlampen können in Einheiten von 16 bis 250 Kerzen hergestellt werden, also in der Helligkeit den normalen Glühlampen, den Auerlampen und den kleineren Bogenlampen entsprechen.

4. Die Nernstlampe kann für alle Spannungen zwischen 100 und 270 Volt hergestellt werden. Der charakteristische Vorteil der Oekonomie kommt aber ganz besonders bei den höheren Spannungen zur Geltung, d. h. zwischen 200 und 250 Volt. Die Nernstlampe eignet sich daher hauptsächlich für Leitungsnetze mit hoher Spannung und sollte deshalb auch bei Dreileiteranlagen für 110 Volt nur zwischen die Aussenleiter geschaltet werden. Die Glühlampe für niedrige Spannungen hat eine bessere Oekonomie und eine längere Lebensdauer als die Glühlampe für hohe Spannungen, bei der Nernstlampe kehrt sich dieses Verhältnis unter sonst gleichen Bedingungen geradezu um. Aus diesem Grunde hat man einen besonders grossen Vorteil, wenn man Hochspannungs-Glühlampen durch Nernstlampen ersetzt, während er geringer ist, wenn man Niederspannungs-Glühlampen durch Nernstlampen ersetzt.

5. Die Verwendung der Nernstlampe für hohe Lichteinheiten als Ersatz für die kleinere Bogenlampe gewährt den Vorteil, dass der von jeder Bogenlampe nach unten geworfene Schattenkegel vermieden wird. Auch sind die Schwankungen, die der Reguliermechanismus jeder Bogenlampe veranlasst, vollständig vermieden.

Dauerversuche mit Nernstlampen.

Eingehende Versuche von Professor Wedding haben ergeben, dass der Vorschaltwiderstand und die Heizspule so ausgebildet sind, dass sie bei richtiger Behandlung keinen nennenswerten Verschleiss verursachen; aber auch der Leuchtkörper ist so dauerhaft, dass eine Mindestdauer von 300 Brennstunden für die Lampe angenommen werden kann. Die nachstehende Tabelle gibt die erzielten Resultate einer Dauerprüfung der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt über 5 Lampen, aus welchen sich eine mittlere Brenndauer von 350 Stunden ergibt.

Die mittlere Lebensdauer betrug über 350 Stunden. Seither sind aber noch erhebliche Fortschritte in der Fabrikation erzielt worden. Es ergibt sich dies aus den neuesten Untersuchungen des Herrn Professor Wedding, über welche derselbe in der Sitzung des Elektrotechnischen Vereins berichtet hat (Elektrotechnische Zeitschrift vom 4. Juni 1903). Auf Grund einer Versuchsreihe mit 12 Lampen kommt Herr Professor Wedding für die Lebensdauer 220voltiger Lampen zu folgendem Resultat:

"Als mittlere Lebensdauer ergibt sich aus dieser Untersuchung für die Nernstlampe Modell A eine Zeit von 730 Stunden.

Von den Vorschaltwiderständen war einer nach 233 Stunden unbrauchbar geworden und wurde ersetzt. Dies ist von keiner weiteren Bedeutung. Man erkennt, dass die Vorschaltwiderstände und Heizspiralen gut sind und den an sie gestellten Anforderungen entsprechen.

Durch diese letzte Dauerunteruchung ist zur Genüge bewiesen, dass inbezug auf die Haltbarkeit der Nernstlampen nicht nur sehr bedeutende Fortschritte gemacht worden sind, sondern dass vor allem die jetzt erreichte Haltbarkeit den in der Praxis auftretenden Ansprüchen vorläufig genügt."

Die nachstehende Tabelle zeigt an einigen Beispielen, welche Ersparnisse die Nernstlampe gegenüber der Glühlampe erreichen lässt. Vorausgesetzt ist dabei, dass der Ersatz einer Glühlampe 0,50 M., der Ersatz des Brenners der Nernstlampe 1 M. bei kleinen, 1,25 bis 1,75 M. bei grossen Lampen kostet, ferner, dass die Brenndauer einer Glühlampe von 3,1 Watt pro Kerze bei Spannungen von 100 - 130 Volt und von 3,6 Watt bei Spannungen von 130 - 240 Volt etwa 600 Stunden beträgt, dagegen die Dauer eines Brenners der Nernstlampe 300 Stunden, und dass die Stromkosten 0,55 M. pro Kilowattstunde betragen. Es wäre natürlich unrichtig, für die Betriebskosten-Berechnung den Preis der kompletten Nernstlampen heranzuziehen. Nur die Brenner unterliegen der Abnutzung.

		Nernstlampen		Glühlampen
Leucht- kraft Kerzen	Be- triebs- span- nung Volt	Ener- gie- ver- brauch Watt	Kosten für Strom und Ersatz- lampen für 600 Be- triebsstd. M.	Ener- gie- ver- brauch Watt	Kosten für Strom und Ersatz- lampen für 600 Be- triebsstd. M.	Er- sparnis in Proz.
16	115	28¾	9,49 2,00 11,49	50	16,50 0,50 17,00	33
32	110	55	18,15 2,00 20,15	100	33,00 0,50 33,50	40
64	110	110	36,30 2,00 38,30	200	66,00 2,00 68,00	43
20	140	35	11,55 2,00 13,55	72	23,76 0,50 24,26	44
32	210	52,5	17,35 2,00 19,35	115	37,95 0,50 38,45	50
64	200	100	33,00 2,50 35,50	232	76,56 2,00 78,56	55
160	240	240	79,20 3,50 82,70	560	191,40 5,00 196,40	58

Intensiv-Nernstlampe, Kerzenleuchter mit Nernstlampe.

In letzter Zeit sind noch einige Formen für Nernstlampen ausgebildet worden, welche besondere Erwähnung verdienen.

Die nebenstehende Intensiv-Lampe ähnelt in ihrer äusseren Form und ihrem Aufbau unserer A-Lampe. Sie hat eine reichere Bekrönung und eine kleinere Glocke aus Opalglas; der Brenner hat eine Abänderung in der Weise erfahren, dass der Heizkörper in Form einer Schlangenlinie auf dem Porzellanstein montiert ist, während der Leuchtkörper darunter in Gestalt eines oder mehrerer Röhrchen angeordnet ist. Hierdurch wird erreicht, dass der Leuchtkörper vollständig ausserhalb des Heizkörpers liegt, wodurch ein besserer Lichteffekt erzielt wird, da die Schattenwirkung des Heizkörpers vollständig vermieden wird. Lampen dieser Ausführung geben bei 1 Amp. 220 Volt senkrecht unter der Lampe eine Helligkeit von 250 Kerzen, sodass hiernach der Energieverbrauch pro Kerze wesentlich kleiner als 1 Watt ist.

Der nebenstehende Kerzenleuchter zeigt ebenfalls eine neue Anordnung des Heizkörpers und des Leuchtkörpers. Der Heizkörper ist als Spirale direkt auf dem Porzellanstein montiert und U-förmig darüber der Leuchtkörper gestellt, sodass auch hier der Leuchtkörper ausserhalb der Spirale steht und frei nach allen Richtungen das Licht ausstrahlen kann. Um die Kerze möglichst getreu nachzuahmen, ist jede Anordnung von Glocken oder Schalen vermieden. Der Lichteffekt ist unvergleichlich schön.

Die Kerzen werden mit normalem Edisongewinde versehen und wie die Kohlenglühlampen in die Fassungen eingeschraubt.

Urteile über Nernstlampen.

Es ist von Interesse festzustellen, welche Erfahrungen die Elektrizitätswerke und Konsumenten mit den Nernstlampen gemacht haben. Wir geben zu diesem Zwecke nachfolgend im Wortlaut einige Zuschriften wieder, die uns von den Betriebsleitungen von Elektrizitätswerken zugegangen sind.

In Beantwortung Ihrer Anfrage vom 25. v. Mts. teilen wir mit, dass wir keinen Anlass haben, über Nernstlampen zu klagen. Wir verdanken der Einführung derselben sogar eine grosse Anzahl Neuanschlüsse.

Auf Ihre werte Anfrage vom 25. Mai d. J. erwidern wir ergebenst, dass wir seit ca. einem Jahre die Nernstlampen in unserer Zentrale eingeführt haben und die grösseren Lampen von 100 und 200 Watt sich besonderer Beliebtheit erfreuen. Im ganzen sind z. Z. 360 Lampen installiert und haben wir mit denselben recht günstige Resultate erzielt.

Auf Ihr Geehrtes vom 20. cr. betr. Nernstlampen in der Strassenbeleuchtung zu Eltville teilen wir Ihnen ergebenst mit, dass 144 Nernstlampen Modell B 0,25 Amp. seit Ende Juni 1902 brennen.

An Brennern sind bis 20. Mai 1903 547 Stück eingesetzt, hiervon noch 144 im Betrieb. Es ergibt sich für die Brenner eine mittlere Lebensdauer von 710 Std.

An Widerständen sind bis 20. Mai 1903 eingesetzt 229 Stück, hiervon noch im Betrieb 144. Für die Widerstände ergibt sich eine mittlere Lebensdauer von 2040 Std.

Antwortlich Ihres Geehrten vom 26. d. Mts. kommen wir gern Ihrem Wunsche nach und teilen Ihnen folgendes über die Einführung der Nernstlampen in hiesiger Stadt mit:

Die Nernstlampe Modell 1902 wurde von uns im Frühjahr desselben Jahres bei unseren Konsumenten eingeführt und hat in kurzer Zeit allgemeinen Beifall gefunden.

Die kleine Nernstlampe Modell B hat vielfach das Gasglühlicht verdrängt, sodass wir der Einführung der Nernstlampe eine direkte Vergrösserung unserer Stromabgabe zu verdanken haben.

In noch weit höherem Masse fanden die grösseren Nernstlampen Modell A für ½ und 1 Ampere Anklang. Sie wurden vielfach an Stelle von 4 Ampere-Bogenlampen verwendet. Vor den letzteren haben sie hauptsächlich den Vorzug, dass sie in Einzelschaltung brennen können, während bei unserer Betriebsspannung von 220 Volt Bogenlampen rationell nur in Vierschaltung zu verwenden sind. Mehrfach wurden vorhandene Bogenlampenanlagen gegen Nernstlichtbeleuchtung mit Modell A 1 Ampere ausgewechselt.

Die Haltbarkeit der Brenner hat sich im Laufe der Zeit ebenfalls gebessert, sodass Klagen über zu schnelles Versagen der Lampen immer seltener geworden sind.

Wir können deshalb aus vorstehenden Gründen die Nernstlampe nur empfehlen. Dieselbe wird sich stets, hauptsächlich bei 220 Volt, gut bewähren, wenn die von ihr verlangten zwei Bedingungen, nämlich vorsichtige Behandlung beim Einsetzen und möglichst gleichmässige Spannung, erfüllt werden. Zu dem letzteren Punkte bemerken wir noch, dass normale Spannungsschwankungen auf die Nernstlampenbrenner keinen gröseren Einfluss als auf gewöhnliche Glühlampen ausüben.

Uns bestens empfehlend, zeichnen wir
hochachtungsvoll
Elektricitäts-Actien-Gesellschaft
vorm. W. Lahmeyer & Co., Frankfurt a. M.
Elektricitätswerk und Strassenbahn Tilsit.

In höflicher Erledigung Ihres gefälligen Schreibens vom 26. Mai cr. teilen wir Ihnen mit, dass wir die Nernstlampe im grösseren Massstabe eingeführt und in bezug auf Brenndauer zufriedenstellende Resultate erzielt haben.

Auf Ihre gefl. Anfrage vom 26. Mai erwidern wir ergebenst, dass in unserem Werk eine grössere Zahl Nernstlampen im Betrieb sind und sich bei vielen Konsumenten grosser Beliebtheit erfreuen. Als Vorzug wird namentlich das ruhige schöne weisse Licht gerühmt.

Nach einer von uns genau geführten Aufstellung über die Lebensdauer von Nernstlampen erreichten wir, abgesehen von einem Exemplar, dessen Heizkörper defekt wurde, eine mittlere Brennzeit von 925 Stunden.

In einem mit einer mittleren Spannung von 220 Volt betriebenen Teile der Strassenbeleuchtung, welche bisher mit Kohlenfaden-Glühlampen ausgestattet war, wurde ein Versuch mit Nernstlampen Modell B angestellt. Da es bei diesem Versuche besonders darauf ankam, eine möglichst hohe Brennstundenzahl zu erreichen, wurden Brenner für 205 Volt und Widerstände für 30 Volt verwendet.

Die hierdurch bedingte Helligkeitsabnahme bezw. die geringere Oekonomie der Lampe kommt für die Strassenbeleuchtung nicht so wesentlich in Betracht, weil bei der Beleuchtung mit Kohlenfaden-Glühlampen für 220 Volt Glühlampen mit 3,6 bis 4 Watt pro Normalkerze verwendet werden müssen, um Störungen durch vorzeitiges Durchglühen zu vermeiden.

Die beifolgende Aufstellung giebt die Lebensdauer der einzelnen Lampen an, welche, abgesehen von der Lampe 7a, deren Heizkörper nach 45 Stunden defekt geworden ist, die mittlere Brennzeit von 925 Stunden übersteigt.