Beleuchtung

Beleuchtung (lighting; éclairage; illuminazione), die Zuführung von natürlichem oder künstlichem Licht.

I. Allgemeines. A. Beleuchtungsmethoden. Die Beleuchtung mit natürlichem Lichte erfolgt entweder durch direktes Einfallen der Sonnenstrahlen oder des diffusen Tageslichtes, oder indirekt, durch Zurückwerfen der Strahlen mittels Reflektoren, wie Spiegel, Weißblech, weiße Leinwand, Luxferprismen u.s.w. Die künstliche B, beruht auf der Erzeugung einer leuchtenden Flamme, der Einführung eines Glühkörpers in eine nichtleuchtende Flamme und der Umwandlung von elektrischer Energie in Licht. Bei der zweiten Art wird ein Glühkörper durch eine nichtleuchtende Flamme so stark erhitzt, daß er intensives Licht ausstrahlt. Bei der Umwandlung von elektrischer Energie in Licht wird durch den elektrischen Strom ein verkohlter Zellulose- oder ein Metallfaden (Wolfram, Osmium, Tantal) im Vakuum, oder ein Stäbchen aus einem Gemisch von Kalzium- und Magnesiumoxyd bis zur Weißglut erhitzt (Kohlenfadenglühlampe, Metallfadenglühlampe, Nernstlampe), endlich durch Bildung eines elektrischen Lichtbogens zwischen den Spitzen zweier Kohlenstäbe oder zwischen Quecksilberelektroden (Bogenlampe, Quecksilberdampflampe).

B. Lichteinheiten. Als zweckmäßige Lichteinheit dient in Deutschland. und Österreich-Ungarn die horizontale Lichtstärke der Hefnerlampe und wird Hefnereinheit oder Hefnerkerze genannt.

Die Hefnerlampe enthält eine Dochtröhre aus Neusilber von 8 mm innerem und 8∙3 mm äußerem Durchmesser mit massivem Docht. Die Füllung ist Amylazetat (C₇H₁₄O₂). Die Flammenhöhe beträgt vom Rande der Dochtröhre bis zur Spitze 40 mm. Die Flamme soll in reiner und ruhiger Luft brennen. Die Messungen sind erst 10 Minuten nach der Entzündung der Flamme zu beginnen.

Außer der Hefnereinheit sind noch in Gebrauch: in Frankreich die Carcellampe, in England die Spermazetikerze (candle power, abgekürzt c. p.), ferner Harcourts Pentanlampe und die 10-Kerzen-Pentanlampe.

Die Carcellampe ist eine Runddochtlampe; der Durchmesser des Dochtes ist 30 mm, die Flammenhöhe 40 mm; sie verbraucht 42 g gereinigtes Rüböl in der Stunde.

Die Spermazetikerze ist eine Walratkerze mit einer Flammenhöhe von 44∙5 mm; sie verbraucht 7∙77 g in der Stunde.

Harcourts Pentanlampe wird mit Pentan gespeist, das, durch einen Docht emporgeführt, durch die Eigenwärme der Lampe verdampft und am oberen Rande eines Rohres verbrannt wird. Pentan wird aus amerikanischem Petroleum durch Destillation bei 50° erhalten.

Die internationale Lichtmeßkommission hat im Jahre 1907 folgende Verhältniszahlen für die vorstehenden hauptsächlich gebräuchlichen Lichteinheiten als maßgebend angenommen:

Die Lichtausstrahlung einer Lichtquelle nach einer bestimmten Richtung wird nach einer der beschriebenen Lichteinheiten gemessen.

Die von einer Lichtquelle nach allen Richtungen im Räume ausgestrahlte Lichtmenge heißt der Lichtstrom. Die Einheit des Lichtstromes ist jener Strom, der in einem Körperwinkel von der Größe 1 von einer punktförmigen Lichtquelle von der Lichtstärke einer Hefnerkerze hervorgerufen wird und heißt Lumen.

Die Flächenhelligkeit (Glanz) einer Lichtquelle ist das Verhältnis der Lichtstärke zur leuchtenden Oberfläche, und die Einheit der Flächenhelligkeit ist vorhanden, wenn 1 cm² der leuchtenden Oberfläche die Lichtstärke einer Hefnereinheit besitzt. Die Flächenhelligkeit beträgt bei:

Dem Auge direkt ausgesetzte Lichtquellen dürfen aus physiologischen Gründen einen Glanz von nur etwa 0∙75 HK/cm² haben. Lichtquellen mit größerem Glanz sind entweder durch zerstreuende Gläser abzublenden oder so anzuordnen, daß sie dem Gesichtsfelde normalerweise entrückt sind.

Die B. einer Fläche durch eine Lichtquelle wird ausgedrückt durch das Verhältnis der Lichtstärke zum senkrechten Abstände der beleuchteten Fläche.

Wird eine Fläche im senkrechten Abstände von 1 m von einer Lichtquelle mit der Stärke einer Hefnereinheit beleuchtet, so empfängt diese Fläche die Einheit der B., die Lux oder Meterkerze genannt wird.

Die senkrecht auf eine Fläche auffallenden Strahlen des Vollmondlichtes liefern bei klarer Luft 0∙26 Lux.

C. Lichtausstrahlung verschiedener Lichtquellen. Die Lichtausstrahlung der verschiedenen Lichtquellen nach allen Richtungen des Raumes hängt von der Bauart der Lampe und von der Form des leuchtenden Teiles der Lampe ab. Eine aufrecht stehende Lampe wird nach abwärts kein Licht werfen können, weil der Ständer der Lampe die Lichtausstrahlung nach dieser Richtung verhindert. Während eine frei schwebende kugelförmige Lichtquelle nach allen Richtungen gleichmäßig ihr Licht ausstrahlt, ist die Lichtausstrahlung einer zylindrisch geformten Lichtquelle in senkrechter Richtung auf ihre Längsachse am größten und in der Achsenrichtung am kleinsten.

Will man zwei gleichartige Lichtquellen miteinander vergleichen, so muß man ihre Lichtausstrahlung entweder nach gleichen Richtungen bestimmen, oder untersuchen, wie sich die gesamten räumlichen Lichtausstrahlungen der beiden Lichtquellen zueinander verhalten.

Im letzteren Falle mißt man die Lichtstärke in möglichst vielen Richtungen des Raumes und zieht hieraus ein Mittel, das dann die mittlere räumliche Lichtstärke angibt, d.i. jene Lichtstärke, welche die Lichtquelle besitzen würde, wenn sie zwar die gleiche gesamte Lichtmenge, dabei aber nach allen Richtungen eine gleich große Lichtstärke ausstrahlen würde.

D. Lichtstärke, Material- und Energieverbrauch der Lichtquellen. Für die Lichtstärke einer Lampe ist auch der Material- (Energie-) Verbrauch maßgebend. Je mehr Material oder Energie eine Lampe in der Zeiteinheit verbraucht, desto mehr Energie gibt sie in Form von Licht und Wärme ab. Eine Lichtquelle wird um so ökonomischer, je mehr des verbrauchten Materiales oder der aufgewendeten Energie in Licht umgesetzt wird und je weniger sie dabei Wärme entwickelt.

In dieser Beziehung ist das Verhalten der gebräuchlichen Lichtquellen ein sehr verschiedenes. Während gewöhnliche Bogenlampen für die HK 57–158 Kalorien erzeugen, liefert ein Petroleumflachbrenner 7200, eine Paraffinkerze 9200 und eine Talgkerze nahezu 10.000 Kalorien für die HK.

In nachstehenden Tabellen I–III sind für verschiedene Lampengattungen die Lichtstärken, der spezifische Material- (Energie-) Verbrauch (für die HK und Stunde) und der gesamte Material- (Energie-) Verbrauch (für die Lampe und Stunde) angegeben.

E. Beleuchtungseffekt. Wie aus dem Vorhergehenden, (Punkt 2) hervorgeht, ist für den Effekt der B. nicht allein die Lichtintensität der Lichtquelle, sondern auch der Abstand der Lichtquelle von der zu beleuchtenden Fläche und der Winkel, unter dem die Lichtstrahlen diese Fläche treffen, maßgebend. Als Einheit für die B. wurde das Lux (Meterkerze) angenommen. Die B. E ist direkt proportional der Intensität J der Lichtquelle und dem Sinus des Einfallswinkels α und indirekt proportional dem Quadrate der Entfernung r.

I. Lampen mit flüssigem Brennstoff.1

Es ist die B. des Flächenelementes bei o durch die Lichtquelle mit der Intensität J (Abb. 22) im senkrechten Abstände p:

Die B. des Flächenelementes bei m dagegen ist:

da

so ist

wobei angenommen wird, daß die Lichtquelle nach allen Richtungen die gleiche Intensität besitzt. Aus dieser Formel ist nachzuweisen, daß für einen bestimmten Winkel α durch Variieren des Abstandes p die B. bei m ein Maximum wird, u. zw. wenn p = 0∙7 x oder ∢ α = 55°. Wenn also die Arbeitsstelle einer Tischfläche 1 m vom Fußpunkte der Lampe entfernt ist, so erhält die Arbeitsstelle die beste B., wenn der leuchtende Körper der Lampe 0∙7 m über der Tischfläche hängt.

II. Gaslampen.

III. Elektrische Lampen.

Wenn in diesem Falle die Lampe eine Lichtstärke von 50 HK besitzt, so beträgt die B. am Fußpunkte der Lampe 102 Lux und an der 1 m entfernten Arbeitsstelle 41 Lux. Je nach der Beschaffenheit des Auges genügen zum Lesen kleiner Schrift 30–50 Lux.

Auf einem Schreibtische ist der Abstand der Arbeitsstelle vom Fußpunkte der Lampe gewöhnlich etwa 0∙5 m. In diesem Falle soll die Aufhängehöhe der Lampe 0∙35 m betragen, und wünscht man an der Arbeitsstelle eine B. von 30 Lux, so bedarf man hierzu einer Lampe von 20 HK Lichtstärke.

Bei der B. langgestreckter, schmaler Bahnhofanlagen werden die kräftigen Lichtquellen womöglich längs der Mittellinie des Bahnhofplatzes hintereinander aufgestellt, und die im halben Abstände zweier Lampen gelegenen Punkte des Bahnhofplanums erhalten die B.

wenn die beiden nächsten Lampen gleich stark und gleich hoch aufgehängt sind und wenn von dem Einflüsse der entfernter stehenden Lampen ganz abgesehen wird.

Auf breiten, ausgedehnten Bahnhofplätzen werden die Lampen tunlichst in die Ecken von gleichseitigen Dreiecken aufgestellt und dann herrscht unter den oben angenommenen Verhältnissen in den Schwerpunkten dieser Dreiecke die B.:

Die Berechnung der B. in geschlossenen Räumen ist wesentlich komplizierter, weil hier die Reflexwirkung der Wände und Decken eine große Rolle spielt. Von den die Wände treffenden Lichtstrahlen wird ein Teil absorbiert und der Rest zurückgeworfen. Die Lichtabsorption ist von der Farbe und Beschaffenheit der Wände abhängig und beträgt der Absorptionsfaktor bei:

Zur Erzielung einer effektvollen B. eines geschlossenen Raumes bedarf es daher immer heller, matter Wände, weshalb Elfenbeinweiß für die Wände von Bahnhofeingangshallen, Gängen und Wartehallen zu empfehlen ist.

Zur Bestimmung der Lichtstärken der verschiedenen Lichtquellen und des Beleuchtungseffektes in bestimmten Fällen dient das Photometer.

II. Beleuchtungsmaterialien (matters for lighting; matières a l´éclairage; materiali per illuminazione), Materialien, die entweder durch Verbrennung, durch Erhitzen oder durch einen sie durchfließenden elektrischen Strom so bedeutend erwärmt werden, daß sie Licht entwickeln.

Unter den Stoffen, die man zur Lichtentwicklung einer Verbrennung unterwirft, gibt es solche, die sich bei gewöhnlicher Temperatur im starren Zustand befinden, und auch solche, die flüssig oder gasförmig sind.

A. Materialien für Kerzenfabrikation.

1. Talg (tallow, suet; suif; sevo, sego).

2. Walrat (spermaceti).

3. Wachs (wax; clre; cera).

4. Stearin (stearine; stéarine; stearina).

5. Paraffin (paraffine; paraffine; paraffina).

B. Mineralstoffe.

1. Magnesium, Mg.

2. Glühkörper, die bei Gas-, Petroleum- und Spiritusglühlicht verwendet werden, bestehen aus einem Gewebe von Baumwolle, Ramie (Chinagras) oder Seide, das mit den Nitraten von Thor (98–99%) und Cer (1–2%) getränkt, verascht und gehärtet wird.

Ramiekörper sind in ihrer Leuchtkraft beständiger als Baumwollkörper.

C. Öle für Lampenbeleuchtung.

1. Olivenöl, Baumöl, Provenceröl (olive-oil; huile d'olive; olio d'uliva).

2. Rüböl (rape seed oil; huile de colza; olio di ravizzone).

3. Petroleum, Erdöl, Steinöl, Naphtha (rock-oil; haue minerale; petrolio) bildet im Eisenbahnwesen für die Lokomotiven-, Wagen-, Gebäude- und sonstige B. dort, wo nicht Gas- und elektrische B. verwendet wird, das wichtigste Beleuchtungsmaterial. Das Petroleum ist eine in der Natur vorkommende Flüssigkeit, die wesentlich aus flüssigen Kohlenwasserstoffen besteht.

Das zum Gebrauch fertige Petroleum kommt als gereinigtes Petroleum, Paraffinöl, Kerosin, Photonaphthil in den Handel.

Es ist eine etwas fluoreszierende Flüssigkeit, für das wasserhell (prime white), merkantilweiß (standard white), gelblich (straw white), gelb (paille) als Normalfarbequalität für den internationalen Handel gelten.

Als lieferungsfähiges Petroleum gilt nur solches, das gut raffiniert, rein, der Normalfarbe (standard white) oder der Farbenqualität entsprechend gut brennbar und usancegemäß unentzündlich ist, nicht stockt, und während eines Tages in einem offenen, weißen Glas der Luft und dem Licht ausgesetzt, nicht nachdunkelt.

Das raffinierte Petroleum hat ein spezifisches Gewicht von 0∙78–0∙86, siedet bei ungefähr 150° C, brennt nur mit Hilfe eines Dochtes; es entwickelt dabei Licht und Wärme. 1 kg Petroleum verdampft 18 l Wasser.

Reines Petroleum von dem angegebenen spezifischen Gewicht ist durchaus ungefährlich; besonders gilt dies von den farblosen, schwach riechenden Produkten.

Leuchtöl von dem spezifischen Gewichte der guten Petroleumsorten (etwa 0∙800–0∙820) wird fälschlich durch Mischung von schweren Ölen mit Leichtölen hergestellt. Diese Mischungen sind höchst feuergefährlich.

Außer der Bestimmung des spezifischen Gewichts des Petroleums spielt daher die Ermittlung des Entflammungs- und Entzündungspunktes (fire-test) des raffinierten Petroleums im Handelsverkehr eine sehr wichtige Rolle.

Nach Burgmann bezeichnet man als Entflammungspunkt jenen, bei dem das untersuchte Petroleum Dämpfe abzugeben anfängt, die sich beim Nähern einer Flamme entzünden; dagegen wird als Entzündungstemperatur jener Wärmegrad bezeichnet, bei dem sich das betreffende Petroleum allmählich durch die fortdauernde Wärmezufuhr von selbst entzündet.

Nach dem deutschen Reichsgesetz vom 24. Februar 1882 ist Petroleum, dessen Dampf in der Abelschen Probe bei einem Druck von 760 mm unter 21° C entzündlich ist, beim Verkauf als feuergefährlich zu betrachten.

D. Spiritus (spirit; esprit de vin; spirito) mehr oder weniger reiner Alkohol, der aus zuckerhaltigen Flüssigkeiten durch Gärung und Destillation gewonnen wird.

Der zu Heiz- und Beleuchtungszwecken dienende Spiritus enthält bis über 90 Volumprozente Alkohol.

E. Leuchtgas.

Als solches bezeichnet man die mit leuchtender Flamme brennenden Gasgemische, die durch Erhitzen unter Luftabschluß aus Steinkohlen, Braunkohlen, Holz, Torf, bituminösen Schiefern, Öl, Harz, Fettabfällen, Schieferöl, Petroleum, Petroleumrückständen, Teerölen u. dgl. durch Zersetzen von Kalziumkarbid, durch Imprägnieren von Luft mit Dämpfen flüchtiger Kohlenwasserstoffe oder durch Einwirkung von Wasserdampf auf glühende Kohle gewonnen werden.

1. Steinkohlengas. Dieses am häufigsten verwendete Gas besteht aus einem Gemisch von Wasserstoff, Methan, schweren Kohlenwasserstoffen (vorwiegend Äthylen und Benzol), Kohlenoxyd, Kohlensäure und Stickstoff.

Die Zusammensetzung nach Volumen und Gewicht ist folgende:

2. Braunkohlengas.

3. Holzgas.

4. Torfgas.

Die drei letztgenannten Gasarten werden nur äußerst selten, u. zw. dann, wenn für die Beschaffung des Rohmateriales sehr günstige Bedingungen bestehen, erzeugt.

5. Ölgas (Fettgas), das aus Ölen, starren Fetten, Fettabfällen aus Schlachthäusern, den seifehältigen Waschwässern der Streich- und Kammgarnfabriken hergestellt wird, besitzt bis dreimal stärkere Leuchtkraft als Steinkohlengas.

Das aus den schweren Destillationsprodukten und Destillationsrückständen des Erdöls, aus Braunkohlenteerölen und Schieferölen dargestellte Gas wird ebenfalls als Ölgas oder Fettgas bezeichnet. Es findet weitgehende Verwendung bei der B. der Eisenbahnwagen (s.d.).

6. Blaugas (nach dem Erfinder, Blau, genannt) ist ein durch Druck ohne Kälte verflüssigtes Olgas, das in Stahlflaschen versandt wird. Die zur Verwendung dieses Gases erforderliche Apparatur besteht aus einem Druckkessel, in den das Gas aus den Flaschen eingelassen wird, und aus einem Regler, der in der Verteilungsleitung einen gleichmäßigen Druck hält. Zur Beleuchtung dient hängendes Gasglühlicht.

7. Azetylen, das durch Zersetzen von Kalziumkarbid mit Wasser gewonnen wird, ist ein farbloses Gas, das im reinen Zustand aus 92∙3% Kohlenstoff und 7∙7% Wasserstoff (Gewichtsteile) besteht, ein spezifisches Gewicht von 0∙906 besitzt und einen angenehm ätherischen Geruch hat.

Mit 1∙25–20 Vol. Luft bildet Azetylen ein explosives Gemenge. Seine Entzündungstemperatur liegt bei 480° C. Reines Azetylen explodiert bei einem Druck von 2 Atmosphären. Komprimiertes Azetylen verliert seine