|
| |
| |
| |
De electrische Gloeilampjes.
Bij de studie der electrotechniek is het vraagstuk der electrische gloeilampjes wel een der voornaamste, omdat het vooral aantoont hoe men door nieuwe toepassingen van vroeger gekende proeven tot nieuwe uitvindingen en verbeteringen is gekomen.
Algemeen weet men, dat Grove in 1840 het gloeien van platina draden tot licht wilde gebruiken. Deze proeven werden in 1845 door Starr herhaald en om de oxydatie, die bij gloeiing ontstaat, te vermijden, bracht hij den draad in glazen klokjes, waarin nadien het luchtledige werd gemaakt. Op het aanraden van Peabody, kwam Starr naar Engeland, deed proeven, die schijnt het, zeer goed gelukten, nam brevetten, keerde naar Amerika terug, doch werd aan boord op de terugreis vermoord.
King, een zaakwaarnemer, die Starr vergezelde en die men zelf van de moord verdacht, wilde de brevetten exploiteeren, doch Peabody ontnam hem zijnen steun en verdere proeven werden niet gedaan.
In 1845 had ook de Changy, een Fransch ingenieur der mijnen, die in Belgischen dienst was, op het aanraden van Jobbard, bestuurder van het ‘Musée d'Industrie’ te Brussel, proeven genomen met zeer dun geslepen stukjes retortenkool, die hij in klokjes tusschen platinadraden in den sluitdraad van eenen electrischen stroom bracht. In de klokjes maakte hij ook het luchtledige. De Changy had vele moeilijkheden om homogeene stukjes retortenkool te vervaardigen. De staafjes braken gemakkelijk, waren te poreus en om de poriën te vullen liet de Changy de stukjes kool gloeien nadat zij in suikersiroop of in hars waren gedompeld geweest.
Later beproefde de Changy nog platina en kool met platina omwonden, doch de uitkomsten beantwoordden niet aan
| |
| |
de verwachtingen. De Changy verloor allen moed, vooral wanneer in 1858 eene commissie der Fransche Academie van wetenschappen, die gelast was zijne proeven te onderzoeken, verklaarde dat de Changy geen aanspraak kon maken op den naam van wetenschappelijk man, omdat hij geenen volledigen uitleg wilde geven, vóor dat zijne brevetten genomen waren.
Van 1858 tot 1878 werd zeer weinig vooruitgang gedaan. Wel trachten in 1874 twee Russische natuurkundigen, Lodyguine en Koskoff, eene gloeilamp te verspreiden, die zij vervaardigd hadden, doch hunne pogingen mislukten en verdere pogingen door Bulingin, Kohn en Fontaine gedaan, leidden evenmin tot eenen goeden uitslag.
Nadat Sawyer en Mann in 1878 beproefd hadden verkoolde kleine hoefijzervormige stukjes karton als gloeilichaampjes te gebruiken, met ze in luchtverdunde klokjes te plaatsen, en Hirman Maxim bewezen had, dat om de verbanding te verminderen en dus den levensduur te vermeerderen de kooldraadjes in vluchtige koolwaterstofverbindingen moesten branden, herhaalde Edison al de proeven op het aanraden van John Draper, die toen leeraar van natuurkunde te New-York was.
Edison bemerkte alras, dat de meeste zijner voorgangers niet geslaagd waren, omdat het luchtledige dat men met de gewone luchtpomp bekwam, te veel lucht en dus zuurstof voor oxydatie overliet, en hij verving de luchtpomp door de pomp van Sprengel, die pas in Duitschland uitgevonden was.
Edison trachtte ook eerst gloeilampen met platina te maken, doch die poging mislukte. Hij ondervond dat platina te broos werd na herhaalde gloeiing en van vorm veranderde door de hoogere temperatuur van den electrischen stroom. Hij wilde alsdan platina vervangen door iridium, een zeer zeldzaam metaal, dat vooral als bijmetaal met platina gevonden wordt, maar het smeltingstemperatuur van iridium +1950o, (platina smelt op +1775o) bleek nog te gering te zijn.
Toen beproefde Edison verkoolde plantenvezels.
Bijgestaan door Batstelor en Moser en vooral op aanraden van den kruidkundige Segador, werden de verkoolde vezels
| |
| |
van een groot aantal planten beproefd en die eener bambousoort van Japan de beste gevonden.
De electrische gloeilamp was ontdekt. De vorm, die Edison haar gaf, werd nadien weinig gewijzigd. Het was een glazen peervormig klokje, waarin het luchtledige gemaakt was. Langs onder is het klokje gesloten door eenen glazen stop waaruit aan twee nikkelen draadjes de verkoolde vezel komt. Bij het doorgaan van die draden in den glazen stop is een gering gedeelte platina, omdat platina nagenoeg hetzelfde uitzettingscoefficient heeft als glas en er alzoo bij uitzetting en inkrimping van platina en glas tusschen beide stoffen geene ruimte zou kunnen gevormd worden, langs waar de lucht zou kunnen binnendringen. Aan de stukjes platina komen dan koperen draden, die buiten het klokje aan twee andere geelkoperen stukken verbonden worden, waarvan het eene in schroef met het onderste contactstuk den stroom sluit (socket Edison) of door twee contactstukken in ressort de verbinding voor den electrischen stroom gegeven wordt (socket Swann).
Toen Edison zijne lamp gevonden had werden verschillende patenten voor de fabrikatie van gloeilampjes genomen. Lane Fox nam in plaats van bambouvezels, vezels van hondstand (Chiendent, Cynodon dactylon) eene gemeene grassoort, die ook hier in onze velden als puin bekend is.
Swam nam katoendraden, die verkoold werden, nadat zij in zwavelzuur waren gedompeld.
Maxim nam reepels Bristolkarton in plaats van vezels. Hij verkoolde de reepel in M tusschen twee stukjes gietijzer.
Sedert 28 jaar is de techniek der gloeilamp zeer veranderd. In de meeste fabrieken wordt het gloeilichaampje niet meer uit natuurlijke vezels, maar wel uit kunstmatige vezelstof vervaardigd.
Om die kunstmatige vezelstof te verkrijgen, lost men katoen op in eene chloorzinkoplossing. Bij drukking wordt de oplossing door trechtervormige gaatjes tot draadjes in alcohol gebracht. Alcohol ontneemt aan de vezelstof het water en de gevormde draden worden op eenen cilinder gerold. Zij worden gedroogd en nadat zij matglazend zijn tot lengte gesneden en
| |
| |
in kroesen tusschen koolpoeder of plombagine gedurende 24 uren verkoold.
Thans lost men katoen op in koperammoniuur en ontneemt men het overtollige water door zwavelzuur.
Als het kooldraadje klaar en verbonden is in het klokje aan de nikkeldraadjes, laat men het eerst gloeien in koolwaterstofgas. Dit gas wordt ontbonden en de kool zet zich neder op het draadje, daar waar het het meeste gloeit, waar het dus het dunste is en waar het dan ook het meest moest versterkt worden. Automatisch wordt de stroom uitgeschakeld, wanneer de draad de noodige dikte heeft verkregen en het te vormen lampje den noodigen weerstand aanbieden zal om de bepaalde hoeveelheid electriciteit op te nemen.
Het luchtledige wordt nadien gemaakt van 0.1 tot 1 millioenste deel der hoeveelheid lucht, die er bij de gewone luchtsdrukking aanwezig is. Daarna houdt men op en met het mengsel van Magliani, phosphoor- en jodiumverbinding, wordt het luchtledige nog vollediger gemaakt. In het klokje wordt op voorhand een druppeltje der verbinding gebracht, door eene genster wordt zij vervluchtigd, en de gevormde gassen brengen door hunne overgroote verbindingskracht voor zuurstof eene verdere verdunning te weeg.
Volgens de spanning van den stroom, die tot het gloeien der draden zal gebruikt worden, vervaardigd men lampen voor 2 tot 220 volts. Men gaat niet boven 220 volts omdat bij gewone lichtsterkte de draad te lang en te dun zou worden en dan ook het uitstralingsvermogen zeer zou verminderen.
Bij gelijke spanning zijn voor een grootere lichtsterkte de draden dikker en korter. Vroeger vervaardigde men wel gloeilampen voor honderd en twee honderd normaalkaarsen; thans zijn zij gewoolijk van 5, 8, 16, 25, 32 zelden van 50 kaarsen en kunnen zij op eene normale spanning van 65, 110 of 220 volts geschakeld worden.
De kooldraadgloeilampjes waarvan wij tot hiertoe spraken nemen meest altijd gemiddeld 3 tot 3,5 volts per normaalkaars, zoodat men bij eene paardenkracht (theoretisch 736 watts
| |
| |
praktisch 660 watts) slechts 200 normaalkaarsen bekomt, wat ongeveer gelijkstaat met 12 lampen van 16 normaalkaarsen.
Die geringe opbrengst, slechts 2% van de aangewende kracht voor de voorbrenging van electriciteit, de duurte der eerste gloeilampen (wij betaalden in 1884 nog 8 fr voor eene gloeilamp, thans kost zij per stuk genomen nog 0.55 en in het groot 0.40 fr.), de uitvinding van Auer om bij het gaslicht de gloeiïng van aardmetalen te gebruiken, vertraagden de uitbreiding van het gebruik aan gloeilampjes en dus ook van het electrisch licht.
Vele pogingen werden gedaan om voor de gloeiïng andere lichamen te gebruiken. Het best is wel ze in chronologische orde neder te schrijven.
Jablockoff, een Russische natuurkundige, die te Parijs verbleef, had gevonden, dat sommige stoffen en vooral magnesiumoxied de eigenschap had, eenen grooten weerstand aan den electrischen stroom te bieden maar dat die weerstand verminderde, naarmate de stof verwarmd werd, doch toch nog voldoende was om het lichaam in staafjes gebracht tot gloeiing te brengen.
De gasnetjes of kousjes van Auer zijn netjes in zijden, linnen of katoen, die doordrengt zijn met een brei van oxiden van zeer zeldzame metalen, vooral zirconium en die bij gloeiing door een weinig gas een groot lichtverspreidingsvermogen hebben.
Prof. Nernst van Göttingen verbond beide princiepen, hij nam staafjes van magnesiumoxied, drengte ze met zirconiumverbindingen, bracht ze in den electrischen stroom en verwarmde ze. Na eenigen tijd was de verwarming voldoende om den electrischen stroom door te laten, de staafjes werden gloeiend en door de aanwezigheid van zirconiumoxied verspreidde het staafje een schitterend licht. De moeilijkheid was het staafje te verwarmen. Korten tijd na de ontdekking werd die moeielijkheid eenvoudig opgelost met den stroom door eene spiraal te leiden waarop eene tweede spiraal in platina tot gloeiing kwam. De spiraal verwarmde het staafje en als dit voldoende verwarmd was om op zijne beurt door de electriciteit
| |
| |
gloeiend te worden, werd de spiraal automatisch uitgeschakeld. Met eenen voorgeschakelden weerstand konden de lampjes op 110 doch beter nog op 220 volts gebruikt worden.
De A.E.G. van Berlijn, die de brevetten van Prof. Nernst exploiteerde, verandert sedert 1900 zeer dikwijls, misschien wel te dikwijls, den vorm der Nernstlampen doch het ongename van het gebruik, het wachten van eenige oogenblikken, somtijds wel een paar minuten, voordat men licht krijgt, wordt ruimschoots vergoed door de uitsparing in electriciteit, want er wordt slechts nog 1.5 watts per normaalkaars gebruikt.
Aangelokt door het overgroot gebruik der gloeilampjes en wellicht nog meer door de aanzienlijke som (vijf millioen fr.) die Prof. Nernst van de A.E.G. ontvangen had, werden nu van alle kanten proeven gedaan en op zeer korten tijd werden vele brevetten genomen, waarvan weinige nochtans eenen voldoenden uitslag opleverden.
Eigenaardig mag het heeten, dat de uitvinders de vroegere proeven van de Changy en anderen herhaalden en draadjes wilden bekomen uit moeilijk smeltbare metalen, waarvan de gewinning langs scheikundigen, electrolytischen en mekanischen weg vrij grootenvooruitgang had gedaan.
Op zeer korten tijd ontstonden er drie typen van lampen: Osmium-, Tantal- en Wolframlampen.
Dr Auer von Welsbach, de uitvinder van de gasgloeikousjes, kwam de eerste op het gedacht een metaal te zoeken dat weerstand bieden kon aan de hoogste temperaturen en dat terzelfder tijd voldoenden weerstand bood om gloeiend te worden en licht te verspreiden. Osmium is weinig smeltbaar. Ongelukkiglijk doet osmium zich slechts voor als een kristalachtig poeder, dat zeer sponsachtig is, en koud en broos is als men het langs electrischen weg in de boogvlam verkrijgt. Dr Auer kwam er toe eenen geleidbaren draad te bekomen, die de koolvezel in de gloeilamp kon vervangen. Van 3 volts per normaalkaars daalde het verbruik op 1.45 volts, en dit gedurende 700, 1000 en zelfs 1200 uren.
Proeven door Dr Auer gedaan, bewezen dat na 1500
| |
| |
uren eene lamp slechts 12% van hare eerste lichtsterkte verloren had en dat het wattsverbruik slechts 1,7 per normaalkaars bedroeg.
De weerstand aan de electriciteit was nochtans zeer gering, men was verplicht twee gebogen draden in iedere lamp te brengen en wijl men dan nog enkel eene spanning van 20 tot 50 volts bekwam, moest men verscheidene lampjes in serie op eene stroom van 110 volts koppelen.
De osmiumdraad is nog zeer broos, bij eene zeer geringe schok breekt de draad, en men is door de te groote uitzetting verplicht niet alleen den draad in twee knoopjes te leiden, maar ook de lamp in vertikalen richting te hangen.
Tantal werd als gloeilampmateriaal door de heeren Dr F. von Bolton en Dr Feuerlein, bestuurders der fabriek van Siemens & Halske te Charlottenburg aangewend.
Zij hadden nochtans eerst proeven met vanadium en niobium gedaan, doch tantaal dat tot dezelfde familie behoort en 2300o voor smeltingspunt heeft, gaf de beste uitslagen.
Tantal komt onder den vorm van zuurstofverbindingen, Columbine en Tantalite, zeer veel voor in de natuur. Nochtans is het vrijmaken van het metaal zeer moeilijk. Tantal heeft als soortelijk gewicht 16,6 en is zoo hard dat het tot draden van 35 duizendsten millimeter kan getrokken worden. Aan de breuk biedt het den grootsten weerstand, aan eenen draad van 5 hondersten m/m kan nog een gewicht van 350 gr gehangen worden. De weerstand, die het koud aan electriciteit biedt, is ongeveer tienmaal grooter dan bij koper en bij vervorming neemt die weerstand merkelijk toe.
Daar men het in zeer dunne draden kan bekomen, leent het metaal zich gemakkelijk om lampjes te maken die bij 110 en 120 volts branden, en waarvan de lichtsterkte 50, 25 en 16 normaalkaarsen bedraagt.
De normaaltijpe van 25 kaarsen, die bij 110 volts brandt gebruikt 1.5 volt per kaars, de helft der gewone gloeilampjes, en bestaat uit eenen draad van 650 m/m lengte bij 5 hondersten
| |
| |
mm. doormeter. De hoeveelheid draad is zoo gering, dat men voor 45000 duizend lampen slechts een kg. tantaal moet gebruiken.
De lamp heeft ook den gewonen peervorm. Om de lange draden in de peer te brengen zijn er aan eene centrale glasstaaf twee vastgesmolten glaslenzen in dewelke schermende nikkelhaakjes gesmolten zijn. Tusschen die haakjes is de draad van onder naar boven in zigzag gespannen en de twee uiteinden zijn met het hulsel der lamp in verband voor stroomopname.
De helderheid der lamp neemt nochtans veel af. Zij wordt thans aan 2,50 Mk. het stuk verkocht. In vergelijking met de koolvezellamp, die slechts 0.55 fr. kost, doet men op den stroom voor 500 uren verbruik eene besparing van 6.25 fr. wat reeds zeer belangrijk is, wanneer vele lampjes gebruikt worden. Het licht is daarbij wit en de lamp is zeer versierend.
In 1903 hadden Dr. Alexander Just en de ingenieur Frans Hanaman reeds bemerkt dat wolfram in den zuiveren toestand best geschikt was als gloeilampmateriaal en toen namen zij reeds brevetten om lampen in wolframdraden te vervaardigen. Sedert dien zijn bij iedere nieuwe ontdekking met de Vereinigte Elektrizitäts Aktiën Gesellschaft Tbjpert eene reeks brevetten in de meeste nijverheidslanden gevraagd en verkregen.
Wolfram, ook tungstène genaamd, dat de scheikundigen vroeger onder den naam van scheelium kenden, vindt men in een groot aantal ertsen, voornamelijk daar waar tin gevonden wordt. Het belangrijkste is wolfram of wolframite dat een ijzermangaantungstaat is en dat bijzonder in Cornwallis, Saxen en Bohemen gevonden wordt.
Het zuiver metaal is zeer moeielijk smeltbaar en daarom is het vooral mogelijk geweest uit het metaal lampen te vervaardigen, die bij eene zeer groote uitsparing, zeer lang kunnen gebruikt worden.
Volgens de uitvinders der lamp zou wolfram, dat geene waterstof bevat, volledig onsmeltbaar zijn.
| |
| |
Praktische proeven, die gedaan werden, hebben den verbazenden uitslag opgeleverd dat wolfram op de hoogste temperaturen, die men tot nu toe bekomen heeft, verdampt zonder op voorhand te smelten. Wolfram zou dus deze eigenschap gemeen hebben met kool, met dit verschil nochtans dat de verdampings-temperatuur hooger ligt dan bij kool.
Just en Hanaman vervaardigen reeds draden voor lampen van 32 normaalkaarsen, die bij 110 volts branden.
De duur der lamp is vooral merkwaardig. Eene lamp van 40 normaalkaarsen die 1 watts per kaars gebruikte, brandde ongeveer 1500 uren, en hare lichtsterkte nam niet af. Veranderingen in de spanning hebben geenen invloed op den levensduur.
Daar de weerstand gering is moeten nochtans verschillende draden in eene lamp gebracht worden en daarom moet ook de lamp in eene zekere richting hangen.
Deze lamp is tot nu niet in den handel, doch zal, indien geene nieuwe uitvindingen er de waarde van verminderen, eenen grooten invloed op het gebruik van het electrisch licht hebben.
Dr F. Boonroy.
|
|
Gedeeltelijk auteursrechtelijk beschermd