Die Nernst-Lampe der Allgemeinen Elektrizitäts-Gesellschaft, Berlin. Die Nernst-Lampe der Allgemeinen Elektrizitäts-Gesellschaft, Berlin. Im Mai 1899 hielt Prof. Dr. Walther Nernst aus Göttingen im Sitzungssaale der Allgemeinen Elektrizitätsgesellschaft in Berlin vor einem geladenen Publikum einen mit Demonstrationen verbundenen Vortrag über die von ihm erfundene neue Glühlampe. Generaldirektor Rathenau begrüsste zunächst die Anwesenden und führte folgendes aus: „Sicherlich erinnern sich einzelne von Ihnen, meine Herren, der elektrischen Ausstellung in Paris vor 17 Jahren und der ersten Vorführung der Glühlichtbeleuchtung. Mehrere geräumige Säle waren mit den Erfindungen und Konstruktionen Edison's angefüllt; den Kernpunkt dieser Darbietungen, vielleicht der gesamten Ausstellung, bildete das neue Beleuchtungssystem. Seit Jahrzehnten hatte man sich daran gewöhnt, die einzige Möglichkeit zentralisierter Beleuchtung im Gaslicht zu sehen, und die Gasanstalten hatten, im beruhigten Vertrauen auf ihre Monopole, sich im wesentlichen damit beschäftigt, durch Verbilligung ihrer Gasbereitung die Einnahmen zu steigern. Hier in Paris zeigte sich nun ein Beleuchtungssystem, der Eigenart einer neuen, im grossen Massstabe nie benutzten Naturkraft angepasst und durchgearbeitet bis auf die letzten Einzelheiten, das in jedem Sinne von allem abwich, was man bisher in Gaszentralen zu sehen gewohnt war. Hier handelte es sich nicht mehr um eine Lampe, sondern um ein System. Dampfdynamos von bisher unbekannter Konstruktion und Leistungsfähigkeit, ein durchgearbeitetes Leitungsnetz, das an jeder Stelle den Strom mit vorausberechneter Spannung zu entnehmen gestattete, komplette Hausinstallationen mit geeigneten Leitungen und Isolationen: Reguliervorrichtungen und Sicherungen, nicht anders, als sie noch heutigen Tages verwendet werden – kurz, der ganze Apparat der modernen elektrischen Beleuchtungstechnik, wohl zwar verbesserungsfähig, doch immerhin in allen Grundzügen fertiggestellt, lag hier als Werk eines einzelnen Mannes vor den Augen der Welt. Auch die Lampe selbst hatte bereits mit dem Kohlenbügel, der Glasbirne und der Metallfassung ihre endgültige Gestalt angenommen. Entsprechend Edison's damaligem Patentanspruch: „Eine elektrische Lampe, die durch Weissglühen Licht gibt und in der Hauptsache aus Kohlenfaser von grossem Widerstände besteht, welche, wie beschrieben hergestellt und mit den metallischen Drähten verbunden ist,“ werden noch heute Millionen von Glühlampen jährlich in allen Kulturländern hergestellt. Dass der Erfinder den verdienten Lohn seiner Arbeit nicht gefunden hat, sei nebenher erwähnt: nur in wenigen Ländern vermochte die Patentgesetzgebung sein Eigentum gegen die Unzahl der auftauchenden Nachahmungen zu schützen. Für den Elektriker ergab sich nun die Aufgabe, Zentralen zu bauen und die Ausnutzbarkeit derselben nach Möglichkeit zu steigern. Um letzteres zu erreichen, sind zwei Wege vorhanden: man schafft entweder Lampen mit möglichst geringem Stromverbrauch oder solche, die es gestatten, mit möglichst hoher Spannung zu arbeiten. Im ersten Falle reicht die ganze Zentrale für eine grössere Zahl von Lampen aus, im zweiten Falle wird das Leitungsnetz in seiner Aufnahmefähigkeit verstärkt. In beiden Richtungen ist seit den achtziger Jahren gearbeitet worden, und nicht ohne Erfolg. Der Stromverbrauch der Lampen hat sich erheblich vermindern lassen, und es ist gelungen, bis mehr als zum Doppelten der früher üblichen Spannung zu gelangen. Damit scheint aber die Ausbildungsfähigkeit der Kohlenglühlampe erschöpft zu sein, und es bedurfte eines neuen Prinzips, um einen Schritt vorwärts zu kommen. Ich überlasse es Berufeneren, Ihnen, meine Herren, darüber zu berichten, wie es möglich wurde, als Glühkörper Stoffe zu verwenden, die man bisher als Nichtleiter der Elektrizität betrachtete, und so eine Lampe herzustellen, die an Oekonomie die bisherigen weit übertrifft und Spannungen zu verwenden gestattet, denen die Kohlenglühlampe nicht würde widerstehen können. Mein Bericht hatte nur den Zweck, zu erläutern, dass das Wesen der neuen Beleuchtung nicht allein in der Ersparnis von ein paar Zentnern Kohlen liegt, sondern dass es sich um weitergehende Aufgaben handelt: die Ausnutzung der Leitungsnetze und Zentralen und die Schaffung eines billigen Lichtes für den bürgerlichen Hausbedarf. So wenig wie irgend eine der neueren Beleuchtungsarten irgend eine der alten verdrängt hat, glaube ich, dass die Nernst-Lampe sich an die Stelle des Glühlichts oder des Bogenlichtes setzen wird. Ihr Platz wird in der Mitte zwischen beiden sein, und sie wird sich zum Kohlenglühlicht etwa so verhalten wie die Auer-Lampe zum alten Gaslicht. Wiederum stehen wir, meine Herren, wie damals in Paris, an der Wiege einer neuen Beleuchtungsart. Zwar handelt es sich hier nicht um neue Naturkräfte und ungeahnte Wirkungen, sondern um die rationelle und wirtschaftliche Verwendung der Elektrizität zur Beleuchtung. Sollten aber die Hoffnungen weiterer Kreise sich in der That verwirklichen – und nach den bisherigen Ergebnissen liegt kein Grund vor, daran zu zweifeln –. so wird das elektrische Licht mit Erfindung der elektrolytischen Leuchtkörper nicht länger als Vorrecht der Begüterten seinen Triumphzug auf Paläste und vornehme Häuser beschränken; die neue Lampe wird alsdann vielmehr in die Hütten und Werkstätten Minderbemittelter eindringen und den Wettbewerb mit untergeordneten Beleuchtungsmitteln auch in ökonomischer Hinsicht erfolgreich bestehen.“ Hierauf nahm das Wort Prof. Dr. Walther Nernst aus Göttingen: „Hochverehrte Anwesende! Wenn ich an die Worte des Herrn Generaldirektors gleich anknüpfen darf, so möchte ich meiner Freude über das gute Omen Ausdruck geben, dass meine Lampe unter den Auspizien des verehrten Vorredners der Oeffentlichkeit übergeben werden soll. Dieselbe Energie und Thatkraft, mit welcher die Direktion der Allgemeinen Elektrizitätsgesellschaft, in erster Linie ihr Generaldirektor, der Edison'schen Lampe sieb angenommen hat – besitzt diese Gesellschaft doch heute die grösste Glühlampenfabrik der Welt! – hat uns nunmehr in den Stand gesetzt, Sie zur Vorführung der neuen Lampen einzuladen. Und heute möchte ich daher zuerst die Gelegenheit ergreifen, um meiner Dankbarkeit dafür Ausdruck zu geben, dass der Herr Generaldirektor Rathenau und der Leiter der Glühlampenfabrik, Herr Bussmann, durch die grossen Schwierigkeiten, auf die wir bei der praktischen Ausgestaltung der neuen Lampen stiessen, niemals sich entmutigen, vielmehr zu immer grösseren Anstrengungen sich anspornen liessen. – Im Jahre 1877 liess sich Jablochkoff eine elektrische Lampe patentieren, bei der Plättchen aus Kaolin und ähnlichen Substanzen durch die Funken einer Induktionsrolle erhitzt und hierauf durch den Strom der Rolle im Glühen erhalten wurden. Teils wegen ihres schlechten Nutzeffekts, vor allem aber wohl wegen der mannigfachen Gefahren und Missstände, die Spannungen von vielen tausend Volt mit sich bringen, ist diese Lampe nie in Gebrauch gekommen und deshalb fast völlig vergessen. Um so mehr scheint es mir eine Pflicht der Pietät, wenn ich zunächst Ihnen den Jablochkoff-Versuch vorführe. Ohne von dem erwähnten Patent Kenntnis zu haben, wurde ich durch rein theoretische Erwägungen zu dem Schlusse geführt, dass mit Kohle oder anderen metallischen Leitern als Glühkörper elektrische Glühlampen von gutem Nutzeffekt nicht herzustellen sind, dass sie aber mit Leitern zweiter Klasse (elektrolytischen Leitern) prinzipiell möglich sein müssen. Es ist ja bekannt, dass jede Lichtquelle neben Lichtstrahlen auch Wärmestrahlen aussendet, welche letzteren jedoch zum eigentlichen Zweck der Lampe nicht nur nichts beitragen, sondern obendrein nutzlos Energie verzehren (beim gewöhnlichen Glühlichte ca. 97 %, beim Bogenlichte ca. 90 % der hineingesteckten Energie); je höher man die Temperatur der lichtspendenden Substanz steigern kann, um so günstiger wird das Verhältnis von Licht zur Wärme, und der bessere Lichteffekt einer Bogenlampe beruht lediglich darauf, dass man ihre Kohlenstifte durch den Lichtbogen auf weit höhere Temperaturen bringt, als es der Faden einer Glühlampe auf die Dauer verträgt. Da man nun aber aus praktischen Rücksichten die Temperaturen der bisherigen elektrischen Lampen kaum wird erheblich steigern können, so ist auch auf eine erhebliche Vermehrung des Lichteffekts wenig Aussicht vorhanden. Sehr viel weiter würde man natürlich kommen, wenn man als Glühkörper Substanzen verwenden könnte, die wenig Wärmestrahlen emittieren, bei denen also die hineingesteckte elektrische Energie möglichst vollständig als Licht erscheint. Dass unter den metallisch leitenden Materialien, gleichgültig, ob es sich um reine metallische Substanzen oder um Gemische von metallisch leitenden Substanzen mit seltenen Erden o. dgl. handelt, solche Substanzen nicht zu finden sein werden, scheint mir aus folgender Ueberlegung mit Sicherheit hervorzugehen. Alle undurchsichtigen Stoffe müssen nach einem von Kirchhoff entdeckten und völlig sicheren Naturgesetze viel mehr Wärmestrahlen als Lichtstrahlen aussenden, indem sie das sogen. normale Spektrum eines schwarzen Körpers liefern; nach der ebenso vortrefflich begründeten elektromagnetischen Lichttheorie müssen andererseits die metallisch leitenden Stoffe undurchsichtig sein. Daraus folgt also, dass sehr ökonomische Lampen (aussei- wenn man mit den Temperaturen der Bogenlampen oder womöglich noch höheren operieren kann) mit metallischen Leitern nicht herzustellen sind. Eine gewisse Analogie zu unserem Problem bietet die Erzeugung des Lichts in den Gasflammen; solange Kohlenteilchen, wie früher, ausschliesslich die Träger der Lichtemission waren, hatte man stets durch strahlende Wärme empfindliche Verluste, und ihr Ersatz durch Substanzen, die kein normales Spektrum liefern, insbesondere durch den Auer'schen Strumpf, war daher ein enormer Fortschritt. Dabei möchte ich vor einem weitverbreiteten Missverständnis warnen; man braucht dem Auer'schen Strumpf zwar weniger Energie hinzuzuführen als Kohlenteilchen, um eine gewisse Lichtmenge zu erhalten, bei gegebener Temperatur aber strahlen umgekehrt Kohlenteilchen mehr Licht aus als das Auer'sche Gewebe, weil ja das Maximum der Emission, und zwar sowohl für Licht als für Wärme, der Kirchhoff'sche schwarze Körper liefert. Nur weil das Verhältnis von Licht zur Wärme beim Auer'schen Strumpf sehr viel günstiger ist als beim glühenden Kohlenstoff, vermag der erstere viel leichter die hohe Temperatur der Flamme anzunehmen, und deshalb ist der Auer-Brenner der gewöhnlichen Gasflamme so bedeutend überlegen. Auf die, wie ich glaube, überzeugenden Experimente, die ich zur Prüfung dieser Anschauung gemacht habe, kann ich hier nicht eingehen; nur möchte ich noch bemerken, dass das Auer-Problem mir die Anregung zu den Versuchen bot, die schliesslich zur Herstellung der neuen elektrischen Glühlampe führten. Es genügt nun zwar, das Auer'sche Gewebe in die Gasflamme zu bringen, um es auf hohe Temperatur und damit zum hellen Leuchten zu bringen; für uns aber bleibt die Frage bestehen, wie die elektrische Erhitzung von Magnesia und ähnlichen Oxyden möglich ist. Von Funkenbildung abgesehen, vermag selbst hochgespannte Elektrizität solche Substanzen wegen ihrer hohen Isolierfähigkeit nicht zu durchdringen und zu erwärmen; „die Benutzung der Funken von grosser Spannung, um Streifen von feuerfesten Körpern zur Weissglühhitze zu bringen“, wie der Patentanspruch von Jablochkoff lautete, ist für die Praxis, wie schon erwähnt, fast aussichtslos. Bekannt ist zwar, dass im geschmolzenen Zustande Oxyde und andere Elektrolyte sehr gut leiten, aber es ist ebenfalls aussichtslos, mit geschmolzenen Glühkörpern zu operieren. Die von van t'Hoff vor einigen Jahren entwickelte Auffassung der festen Lösungen liess aber wenigstens die Existenz fester Elektrolyte von praktisch genügender Leitfähigkeit ahnen, und durch Vorversuche konstatierte ich alsbald, dass Gemische von Oxyden, z.B. von Magnesia und Porzellan, bei hohen Temperaturen überraschend gute Leiter werden. Ein weiteres Bedenken liefert der Umstand, dass Elektrolyte durch den galvanischen Strom chemisch zersetzt werden, und die Befürchtung lag nahe, dass derselbe Strom, der den Elektrolyt in heller Weissglut erhält, alsbald ihn gleichzeitig durch seine chemische Einwirkung zerstört. Bei Anwendung von Wechselströmen fand ich die Elektrolyse zu geringfügig, um Störungen zu veranlassen, wie dies auch von vornherein zu erwarten war. Schliesslich aber glückte es auch, die sehr viel stärkere elektrolysierende Wirkung des Gleichstromes praktisch unschädlich zu machen. Damit aber sind wir immer noch nicht im stande, eine Lampe mit im kalten Zustande isolierenden Glühkörpern zu bauen, denn auch nach Stromschluss bleibt der Glühkörper als Isolator völlig kalt. Erwärmt man aber gleichzeitig den Glühkörper, so wird er ein wenig leitend, ein schwacher Strom durchfliesst ihn, bringt ihn nunmehr auf immer höhere Temperatur, unser Glühkörper wird zu einem ausgezeichneten Leiter und bleibt es, solange der Strom geschlossen ist. Zur Anregung des Glühkörpers ist also eine Vorwärmung erforderlich, und wir konstruieren so durch Kombination eines elektrolytischen Glühkörpers mit einer stets paraten äusseren Wärmequelle eine gebrauchsfertige Lampe. Die völlige Unverbrennlichkeit der Oxyde macht das schützende Vakuum der gewöhnlichen Glühlampe entbehrlich. Am einfachsten macht sich die Vorwärmung des Glühkörpers mit einem Streichholze. Man erhält so eine zwar billige, aber nicht sehr bequeme Lampe. Ein zweiter Weg besteht in der Kombination des Glühkörpers mit einem elektrischen Heizkörper, der auf geeignete Weise durch den Strom, welcher den Glühkörper durchfliesst, ausgeschaltet wird; wir haben so die Automatlampe, die freilich ihr Licht erst 10 bis 20 Sekunden nach Stromschluss zu spenden vermag. Ich habe sowohl mit feststehenden wie mit beweglichen Heizkörpern Lampen konstruiert. Vielleicht könnte man meinen, dass nach den mitgeteilten Betrachtungen und auf Grund der vorgeführten Versuche alle Bedenken beseitigt seien und dass man nunmehr rüstig an die Fabrikation der Lampen gehen könne; ich selber muss gestehen, dass ich vor etwa einem Jahre ebenfalls dieser Meinung war. Ich wusste damals noch nicht, welche Hindernisse zu überwinden sind, ehe ein im Laboratorium leidlich funktionierender Apparat der allgemeinen Benutzung übergeben werden kann; und auch dann, wenn es gelungen ist, die weite Kluft zwischen Erfindungsgedanken und seiner wirklichen Ausführung oder, wie man sich in der Regel ausdrückt, zwischen Theorie und Praxis zu überbrücken, hat man doch noch einen weiten, dornenvollen Weg von der Laboratoriumspraxis bis zur Praxis des täglichen Lebens zurückzulegen. Herr Bussmann wird die Freundlichkeit haben, seine Erfahrungen über die praktische Ausgestaltung der neuen Lampen uns persönlich mitzuteilen“. Hiernach ergriff das Wort Bussmann, Oberingenieur der Glühlampenfabrik der Allgemeinen Elektrizitätsgesellschaft Berlin, der in Gemeinschaft mit Dr. Ochs und Dr. Salomon die Aufgabe gelöst hatte, die Erfindung von Prof. Nernst dem praktischen Gebrauch dienstbar zu machen. Bussmann führte folgendes aus: „Gegenüber der Kohle, die, wie schon erwähnt, in allen übrigen Lichtquellen (Bogenlicht, Gaslicht, elektrisches Glühlicht) den leuchtenden Körper bildet, haben die feuerfesten Körper der Nernst-Lampe den Vorteil, dass sie vom Sauerstoff der Atmosphäre nicht angegriffen werden. Ein solcher Leuchtkörper braucht also nicht in einem luftleeren Raum eingeschlossen zu werden; die vielen Fehlerquellen, die das Evakuieren der gewöhnlichen Glühlampen verursacht, bestehen daher für die neue Lampe nicht. Das Licht, das diese Körper ausstrahlen, ist der Farbe nach dem Tageslicht sehr ähnlich. Es hat zwar nicht die warmen gelben Farbentöne des Glühlichts, ist dafür aber ebenso frei von dem Violett der Bogenlampe wie von dem Grün der Auer-Lampe. Dem Kohlenbügel der Glühlampe gegenüber haben die neuen Leuchtkörper dagegen den schon erwähnten Nachteil, dass sie bei gewöhnlicher Temperatur nicht leiten und dass eine Erwärmung bis auf etwa 700° C. notwendig ist, um sie genügend leitend zu machen. In der Praxis geschieht die Erwärmung des Nernst'schen Leuchtkörpers in einfachster Weise mit einem brennenden Streichholz; ist er zum Schutz gegen Bruch mit einer Glasglocke umgeben, so wird er durch eine an der untersten Stelle der Glocke angebrachte Oeffnung mit einem Spirituszünder erhitzt. Solche Lampen lassen sich leicht in der üblichen Glühlampenform herstellen. Sie sind billig und gestatten überdies, den Leuchtkörper, wenn er versagt, einfach gegen einen neuen auszuwechseln, Sockel und Glocke aber wieder zu benutzen. Können die Lampen nicht so bequem angebracht werden, dass das Anzünden von aussen möglich ist, oder erscheint das Anregen mit einer Flamme zu umständlich, so kommen Lampen mit selbstthätiger Zündung in Betracht. Die selbstthätige Anregung des Stiftes geschieht dadurch, dass der elektrische Strom einen feinen Platindraht, der, auf ein Porzellanröhrchen gewickelt, dicht bei dem Leuchtkörper angebracht ist, ins Glühen bringt und dadurch den Leuchtkörper erhitzt, bis er leitet. Mit dem Leuchtkörper ist ein Elektromagnet in Serie geschaltet, der, sobald er durch den Strom des Leuchtkörpers magnetisiert wird, durch Anziehen seines Ankers den Stromkreis des Heizkörpers öffnet. Der ganze Mechanismus ist so einfach, dass er im Lampensockel selbst untergebracht werden konnte und dass ein Versagen unwahrscheinlich ist. Selbstverständlich ist der Anschaffungspreis einer Lampe mit Selbstzündung ungleich höher als der einer Lampe ohne Selbstzündung. Die Mehrkosten werden durch den selbstthätigen elektromagnetischen Ausschalter und durch den Heizkörper verursacht. Für jenen ist die gleiche Gebrauchsdauer anzunehmen wie für eine Lampenfassung, Abnutzung findet nicht statt. Für den Heizkörper hingegen kann man eine gleiche Gebrauchsdauer nicht garantieren; aber er hat, auch nachdem er unbrauchbar geworden ist, noch etwa ⅔ seines ursprünglichen Wertes. Uebrigens wird der Platindraht voraussichtlich bald durch ein billigeres Material ersetzt werden können, das denselben Dienst leistet. Im übrigen sind die Herstellungskosten der Ersatzteile, nämlich des Heiz- und des Leuchtkörpers, gering, so dass der Ersatz der Lampenbrennstunde für den Konsumenten voraussichtlich nicht höher sein wird, als es der Glühlampenersatz in der gleichen Zeit wäre. Die Lebensdauer der Leuchtkörper hängt von der Stromzufuhr ab, wenn auch nicht im gleichen Masse wie bei den Glühlampen. Wenn die Spannungsschwankungen das normale Mass nicht überschreiten, kann schon jetzt auf eine Lebensdauer von 300 Stunden gerechnet werden. Begrenzt wird die Lebensdauer des Glühkörpers in der Regel durch eine allmählich eintretende molekulare Veränderung seines Stoffes. Damit ist stets eine Verminderung der mechanischen Festigkeit und häufig auch eine Widerstandserhöhung verbunden, die ein Herabsinken der Leuchtkraft zur Folge hat. Es ist dann wahrscheinlich, dass eine äusserliche Erschütterung oder die bei dem Anzünden und Auslöschen auftretenden inneren Reibungen sehr wohl im stande sind, den mechanischen Zusammenhang in solchem Falle ganz zu lösen. Der Energieverbrauch für die Nernst-Lampe ist zur Zeit auf 1½ bis 1¾ Watt per Kerze festgesetzt worden. Die Nernst-Lampe wird zunächst für 25 Kerzen, 50 Kerzen und 100 Kerzen für Spannungen von 110 und 220 Volt hergestellt werden. Es sind aber auch Versuche im Gange, Lampen von solcher Grösse herzustellen, dass sie nicht nur die Wechselstrombogenlampen, sondern auch die kleineren Typen der Gleichstrombogenlampen, Jandus-Lampen etc., mit Erfolg ersetzen können. Als Sockel können bei Lampen mit selbstthätiger Zündung wegen der Schwierigkeit, den Ausschalter einzupassen, einstweilen nur Gewinde- (Edison-) und Bajonett- (Swan-) Sockel verwendet werden, für die Lampen ohne selbstthätigen Ausschalter (Anzünderlampen) werden aber voraussichtlich die meisten der marktgängigen Sockel bis auf weiteres beibehalten werden können. Die Fabrikation im kleinen Massstabe ist bereits begonnen worden. Ein neues Fabrikgebäude, das im Laufe des Sommers in Betrieb genommen werden kann, wird die Fabrikation im grossen aufnehmen. Um jedem Missverständnisse vorzubeugen, betonen wir ausdrücklich, dass wir neben der Fabrikation der Nernst-Lampe die Glühlampenfabrikation in vollem Umfange weiterführen. Wir glauben keineswegs, dass die Nernst-Lampe die Glühlampe in absehbarer Zeit verdrängen wird, wenn sie auch auf die weitere Steigerung des Verbrauchs an Glühlampen wie an Bogenlampen nicht ganz ohne Einfluss bleiben wird. Die entschiedenste Wendung in der Gestaltung unseres Beleuchtungswesens wird sie aber voraussichtlich dadurch herbeiführen, dass sie das durch die Auer-Lampen verloren gegangene Gebiet wieder zurückerobern wird. Nicht allein wird durch sie das elektrische Licht für die allgemeine Strassenbeleuchtung geeignet gemacht werden, sondern es wird mit ihrer Hilfe endlich auch, wie bereits Herr Generaldirektor Rathenau eingangs genauer ausführte, die elektrische Beleuchtung aufhören, eine Luxusbeleuchtung zu sein, vielmehr auch allen denen zugänglich werden, die bisher der hohen Kosten wegen darauf verzichten mussten.“