Achtung: Artikel und Texte aus NS/Hitler-Deutschland 1933-45
Nach der Gleichschaltung der reichsdeutschen Medien direkt nach der Machtübernahme in Februar/März 1933 sind alle Artikel und Texte mit besonderer Aufmerksamkeit zu betrachten. Der anfänglich noch gemäßigte politisch neutrale „Ton" in den technischen Publikationen veränderte sich fließend. Im März 1943 ging Stalingrad verloren und von da an las man zwischen den Zeilen mehr und mehr die Wahrheit über das Ende des 3. Reiches - aber verklausuliert.
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Über den widerstandslosen Bogenlampenbetrieb
aus „Kinotechnik" Heft 10 / Sept. - Berlin 1937 von H. Tümmel, Berlin
Der Lichtbogen der Bogenlampe
Der Lichtbogen der Bogenlampe ist, wie viele andere Geräte, ein Verbraucher elektrischer Energie. So beträgt bei 40A und einer Bogenspannung von 40 Volt die im Bogen in Wärme und Licht umgesetzte Leistung 1,6 kW.
Während jedoch die üblichen Geräte, wie Tauchsieder, Glühlampen etc. einen festen und konstanten Widerstand und somit auch einen konstanten Verbrauch "I Quadrat mal R" haben, ist dies beim Lichtbogen nicht der Fall.
Infolge des Abbrandes der Kohlen ändert sich der Abstand und damit die Lichtbogenlänge und der Widerstand dauernd, auch wenn ein guter Nachschub verwendet wird.
Ist der Abstand der Kohlen groß, so ist eine hohe Spannung erforderlich, um den gewünschten Strom aufrecht zu erhalten.
Rechnerisch sieht das so aus :
Bei einer kleinen Verlängerung des Bogens müßte dann die Spannung z. B. von 40 auf 44 Volt steigen. Während vorher der Widerstand in der Lichtbogenstrecke R=40:40= 1 Ohm betrug, ist er jetzt auf 1,1, Ohm d. h. um 10% gestiegen.
Bei einer Verkürzung des Lichtbogens fällt die Spannung etwa von 40 auf 36 Volt, d. h. der Bogenwiderstand beträgt nur noch 0,9 Ohm und ist 10% niedriger als früher. Man kann also eine Stromquelle mit starrer Charakteristik, die nur die für die normale Bogenlänge nötige Spannung von 40 V liefert, nicht gebrauchen, da entweder der Bogen zu leicht abreißt oder die Stromstärke zu stark zunimmt.
Auch Inhomogenitäten in den Kohlen sowie unrunder oder schiefer Abbrand würden ähnliche starke elektrische Schwankungen hervorrufen.
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Reinkohlen sind kritischer als HI Beck Kohlen
Reinkohlen haben zudem, wie Bild 1 zeigt, eine fallende Charakteristik, das bedeutet, daß bei zunehmendem Strom die Spannung fällt. Sobald erst die Lampe gezündet ist, schafft sich der Strom durch die Ionisierung der Bogenstrecke günstigere Bedingungen. Der Widerstand des Lichtbogens nimmt ab, und da die Spannung konstant ist, die Stromstärke zu; die Ionisierung steigt noch mehr usw.
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Die Folge ist ein lawinenartiges plötzliches Emporschnellen des Stromes, das praktisch einem Kurzschluß der Bogenstrecke gleichkommt und zur Gefährdung der gesamten Anlage führt.
Dies jedoch ist nur dann möglich, wenn der innere Widerstand der Stromquelle Null ist und auch die Zuleitungen widerstandslos sind (was praktisch meist der Fall ist), denn dann ist dem Anwachsen des Stromes kein Hindernis gesetzt.
Bei H.I.-Kohlen ist infolge des Beck-Effektes die Charakteristik steigend, d. h. mit zunehmendem Strom muß auch die Spannung zunehmen.
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Eine obere Stromgrenze muß es geben
Generatoren und Gleichrichter haben, um die Erwärmung und die Verluste im Inneren recht niedrig zu halten und einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, einen sehr geringen inneren Widerstand Ri. Die Gefahr der oben geschilderten „Stromlawine" ist also bei ihnen gegeben. Befindet sich jedoch zwischen Stromquelle und Bogenlampe ein Widerstand, so ist dem Anwachsen des Stromes infolge des am Widerstand entstehenden Spannungsabfalles eine Grenze gesetzt.
Selbst wenn der Lichtbogen vollkommen widerstandslos wird, ist die Kurzschluß-Stromstärke durch den Vorwiderstand festgelegt.
In Bild 1 kann man auch den sich einstellenden Arbeitspunkt graphisch erhalten, indem man die Widerstandsgerade einzeichnet.
Wie durch den Pfeil angedeutet ist, hat der Lichtbogen die Tendenz, die Stromstärke ins Unermeßliche zu steigern. Durch den Widerstand allein ist eine maximale Stromstärke möglich, die also auch bei Zusammenfahren der Kohlenstifte nicht überschritten werden kann.
Die sich tatsächlich einstellende Stromstärke des Bogens ist der Schnittpunkt der Widerstandsgeraden mit der Charakteristik, in diesem Falle also 40 A. Durch andere Vorwiderstände ergeben sich andere Schnittpunkte.
Bei den normalen Betriebsbedingungen muß dann die Spannung der Stromquelle, die in diesem Falle der „Leerlaufspannung“ entspricht, um den Spannungsabfall am Vorwiderstand größer sein.
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Es gibt da eine Faustformel zur Begrenzung des Stroms
Je größer der Vorwiderstand Rv ist, um so geringer ist der Einfluß der Widerstandsschwankungen des Lichtbogens.
Hohe Vorwiderstände sind also für die Stabilität sehr günstig, nicht aber für die Rentabilität. In dem angeführten Beispiel ist die nutzlos am Widerstand verbrauchte Leistung neunmal so groß wie die eigentliche Nutzleistung des Lichtbogens. Man muß also zwischen beiden Forderungen, nämlich hohe Leerlaufspannung und hoher Vorwiderstand aus Gründen der Stabilität einerseits und Leerlaufspannung Bogenspannung bei Rv = 0 aus Gründen der Rentabilität andererseits ein Kompromiß schließen.
In der Praxis sind daher die Widerstände etwa so groß wie der Widerstand in der Lichtbogenstrecke, der Spannungsabfall an ihnen ist dann gleich der Bogenspannung und der durch sie bedingte nutzlose Verbrauch gleich dem erwünschten des Lichtbogens.
Für die Spannung der Stromquelle ergibt sich dann der übliche Wert von etwa 80 V. Bei einem Lichtbogen von 40 V und 40 A etwa 1,6 kW Eigenverbrauch wird dann nochmals 1,6 kW nutzlos im Vorwiderstand vernichtet.
Das ist ein ungeheurer Verlust und Verschwendung von Energie, ganz abgesehen von der störenden Wärmeentwicklung des Widerstandes; bei täglich 4 Spielstunden ergibt das 1500 Stunden jährlich oder im Jahr 2400 kWh. Nun muß man noch berücksichtigen, daß diese Leistung erst aus dem Drehstrom, durch Gleichrichter oder Maschinen, die entsprechend größer dimensioniert werden müssen, gewonnen wird, wobei auch noch Verluste von etwa 30% entstehen, so daß die nutzlos zu bezahlende Energie etwa 3400 kWh im Jahr beträgt.
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Ersatz des Vorwiderstandes durch eine "Drossel"
- Ein Bild von solch einer Drossel mit Stufenschalter
Die Aufgabe dieses im Gleichstromkreis liegenden Ohmschen Widerstandes, nämlich stabilisierend auf den Lichtbogen zu wirken, kann durch einen im (Wechsel-) Stromkreis befindlichen induktiven Widerstand (Drossel, Streutransformator) übernommen werden.
Dies (die Strombegrenzung) ist abgesehen von Umformern mit besonderer Kennlinie grundsätzlich bei allen Gleichrichterarten möglich (Quecksilberdampf-, Glühkathoden- und Trockengleich- richtern). Während im Leerlauf die Gleichspannung wie üblich etwa 80 V oder auch mehr beträgt, wird mit zunehmendem Gleichstrom auch auf der Drehstromseite der Wechselstrom zunehmen.
Es entsteht hierbei an dem induktiven Widerstand ein Spannungsabfall, um den die wirksame zur Gleichrichtung zur Verfügung stehende Wechselspannung verringert wird.
Die niedrigere Spannung auf der Wechselstromseite bedeutet aber auch niedrigere Spannung auf der Gleichstromseite, so daß selbst ein Kurzschluß im Gleichstromkreis (z. B. Zusammen- schieben der Kohlen) den Strom nur bis zu einem ganz bestimmten und gewünschten Maße ansteigen läßt. Die Anlage ist (wie früher mit Ohmschen Widerstand im Gleichstromkreis) kurzschlußfest.
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Und der Blindstrom sei kostenlos ???
Wenn man von dem praktisch sehr geringen Ohmschen Widerstand der Induktivität absieht, so ist bekanntlich die Klemmenspannung um 90° gegen den Strom 3 verschoben. Die von der Drossel aufgenommene Leistung ist somit keine Wirkleistung, sondern eine reine Blindleistung, die vom Zähler nicht angezeigt wird und somit nichts kostet.
- Anmerkung : Was aber nach den Liefer-Bedingungen der E-Werke verboten war und ist.
Bild 1: Charakteristik eines Reinkohle-Lichtbogens bei normaler Länge und eines Vorwiderstandes R = 1 Ohm (sowie 0,5 Ohm und 2 Ohm), bei einer Gleichspannung von 80 V.
Bild 2: Ersatzschaltung für den aktiven Zweipol
Bild 3: Kennlinie des aktiven Zweipols
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