De voorlopers van de gloeilamp

Het elektrisch paradijs – Lorenz van Doornen en Meta Krüger
/
9 minuten leestijd
Replica van de eerste Edisonlamp ter gelegenheid van het 100 jarige jubilieum
Replica van de eerste Edisonlamp ter gelegenheid van het 100 jarige jubilieum. Uit: Het elektrisch paradijs
De toepassing van elektriciteit vanaf eind negentiende eeuw bracht een ongeëvenaarde verandering van het dagelijks leven op gang. Terwijl het land van stroom werd voorzien ging een waar leger uitvinders aan de slag. Ze waren bevangen door de mogelijkheden die de schijnbaar onbegrensde technische vooruitgang bood, en natuurlijk ook door dromen van rijkdom en succes. Ze brachten ons de gloeilamp, maar evengoed curiositeiten als de elektrische kam. In het boek Het elektrisch paradijs. De komst van stroom en de transformatie van het huiselijk leven leiden Lorenz van Doornen en Meta Krüger de lezer door de vroege geschiedenis van de ‘elektrificatie’ en langs de doodlopende wegen daarbinnen. Op Historiek een fragment over één van de bekendste uitvindingen die toch niet zonder slag of stoot werd uitgevonden: de gloeilamp.


De gloeilamp

Parallel aan de ontwikkeling van de booglamp (een lamp waarin elektrische stroom een boog van licht veroorzaakt red.) vond ook die van de gloeilamp plaats. Het principe leek eenvoudig. Als er een stroom door een draadje loopt begint het draadje te gloeien en bij meer stroom zelfs licht te geven. Het duurde echter niet lang of het draadje verbrandde, verdampte en brak. De verbranding gaf aanslag op het glas, waardoor er vrijwel geen licht meer werd doorgelaten. Waar moest men de oplossing vinden? Een draadje van een ander materiaal dat het langer uithield? Of ervoor zorgen dat het draadje niet kon verbranden door het verwijderen van lucht – en dus zuurstof – uit het glazen bolletje? Of misschien door een inert gas in het bolletje te doen? Goede vacuümpompen bestonden nog niet en de chemische kennis over de eigenschappen van metalen en hun interactie met gassen bestond ook nog nauwelijks. De hele ontwikkeling kenmerkt zich door het vrij willekeurig uitproberen van allerlei mogelijke combinaties.

‘De brandweer werd gealarmeerd en Göbel werd wegens grote onrustverstoring gearresteerd’

Een eerste poging in de zoektocht naar een bruikbare gloeidraad, richtte zich op het meest edele metaal dat er bestond: platina. Dit werd uitgeprobeerd door Humpry Davy in 1802. Zijn lampen brandden zelfs een uur of wat, maar daarna ging de draad stuk. In 1841 maakte de Moleyn een volgende versie van de platinadraadlamp, nu in een luchtledige buis. Om de lichtkracht te verhogen deed hij fijn koolstofpoeder in de buis dat door aanraking met de draad mee moest gaan gloeien. Deze lamp werd echter in een mum van tijd zwart en het platina verging. Het zou nog een hele tijd duren voor de volgende stapjes werden gezet.

De Duitse horlogemaker Heinrich Göbel was in 1848 naar Amerika geëmigreerd. Hij had een winkel in New York. Dat hij zich was gaan richten op het ontwikkelen van de gloeilamp had een merkwaardige oorzaak. In 1853 was Göbel de eerste persoon die een door hem gemaakte elektrische booglamp liet branden op het dak van zijn huis in New York. Volgens de verslagen bracht het schitterende licht zo’n panische schrik teweeg bij zijn buurtgenoten, dat de brandweer werd gealarmeerd en Göbel wegens grote onrustverstoring zelfs werd gearresteerd. Vandaar dat hij zijn studie naar de booglamp staakte en zijn krachten ging wijden aan de gloeilamp. In 1854 maakte hij gloeilampen met verkoolde bamboevezels, geplaatst in een barometerglas dat hij min of meer luchtledig maakte. Hij verlichtte daarmee zijn etalage en vertoonde deze luchtledig gepompte flessen ook ’s avonds op straat in New York. De lampen brandden wel tweehonderd uur!

Portret van Thomas Edison door Abraham Archibald Anderson, 1890 (Publiek Domein - National Portrait Gallery - wiki)
Portret van Thomas Edison door Abraham Archibald Anderson, 1890 (Publiek Domein – National Portrait Gallery – wiki)

Nadat Thomas Edison een firma van plagiaat had beschuldigd, ontstond er strijd over wie nu eigenlijk de gloeilamp had uitgevonden. Dat soort beschuldigingen uitte Edison wel vaker en over het verkrijgen van patenten heeft hij een lange reeks processen gevoerd. Ook Göbel werd beschuldigd en liet de zaak voor de rechtbank komen, hij was toen al 75 jaar. Göbel kreeg gelijk: hij werd in 1893 officieel als de uitvinder van de gloeilamp erkend en zijn naam was voor het nageslacht bewaard. Het aardige van het verhaal is dat Edison Göbels oplossing met verkoolde bamboe (kooldraad) jarenlang idioot vond. Nog in 1879 verklaarde hij “I use no carbon”. Zijn fysicus Upstone overtuigde hem ervan dat platina de toekomst niet had en mede naar aanleiding daarvan patenteerde Edison in 1879 toch een kooldraadlamp met hoge weerstand. Ook Chagny had al in 1844 proeven gedaan met een vergelijkbaar materiaal, namelijk dunne reepjes koolstof. In 1858 maakte hij al min of meer bruikbare gloeilampen. In 1870 slaagde de Rus Aleksandr Lodygin er in een gloeilamp te maken waarin een koolstaafje verhit werd door elektrische stroom. In 1874 had Lodygine tweehonderd kooldraadlampen geïnstalleerd in de haven van Sint-Petersburg. We kunnen ons dus afvragen of het patent op koolstof inderdaad aan Edison toekwam!

‘In 1878 kondigde Edison aan met een gloeilamp te komen’

Naast de keuze voor het beste materiaal voor de gloeidraad was een belangrijke hoofdbreker de vulling van de lamp. Ondanks een zo goed mogelijk vacuüm werd de lamp toch zwart vanwege roetafzetting door het verbranden van de draad. Pas in 1870 ontwikkelde Hermann Sprengel een geschikte vacuümpomp. Hij gebruikte het verschijnsel dat we zien in de buis van Torricelli waar de oude kwikbuisbarometers op zijn gebaseerd. Daarbij wordt een dunne glazen buis genomen waarin kwik wordt gegoten. Vervolgens legt men een vinger op het open eind van de buis, de buis wordt omgedraaid en het open einde van de buis wordt in een bakje met kwik gezet. Het kwik zakt dan een klein stukje naar beneden, maar de buis loopt niet leeg, omdat de luchtdruk ervoor zorgt dat de kwikkolom enkele centimeters onder het dichte deel van de buis blijft hangen. Boven de kwikkolom zien we echter een leeg stuk buis: daar is een vacuüm ontstaan, het stukje buis is luchtledig geworden. Dat dit fenomeen optrad wekte discussie op. Aristoteles had gesteld dat een vacuüm niet kon bestaan. Er was namelijk een ‘horro vacui’ in de natuur (een angst voor leegte) en de natuur zou dat vacuüm onmiddellijk weer opvullen. Torricelli liet met zijn proef echter zien dat het wel degelijk kon bestaan. Een theologisch argument tegen het bestaan van een vacuüm was dat God in de gehele natuur aanwezig was en er dus geen leegte kon bestaan waarin hij niet aanwezig was. Sprengel maakte een buizenstelsel waarbij kwik en lucht op een slimme manier van elkaar gescheiden werden en een nog dieper vacuüm kon worden gemaakt.

Vacuümpomp van Sprengel
Vacuümpomp van Sprengel. Uit: Het elektrisch paradijs
De Engelsman Joseph Swan ontdekte deze vondst van Sprengel. Swan was al vanaf 1848 bezig om een goed vacuüm te maken maar had het eigenlijk al opgegeven, omdat zijn gloeidraad snel uiteen bleef vallen. Door de vacuümpomp van Sprengel kon hij in 1878 een lamp maken die een paar uur brandde en een jaar later zelfs al 40 uur. In 1878 kondigde Edison aan met een gloeilamp te komen. Dit viel tegen: zijn team had nog een jaar nodig. Edison heeft in zijn beginjaren wel zesduizend materialen geprobeerd. Hij zond mensen naar Sumatra, Japan en het Amazonegebied om te zoeken naar de meest geschikte bamboesoort. De voorlopige oplossing werd verkoolde Japanse bamboe. In 1879 brandde zijn eerste lamp. Pas toen kwam Edison tegelijk met Swan met een commercieel bruikbare gloeilamp op de markt.

Swan en Edison waren dus in competitie. Edison was toen pas dertig jaar oud, maar al volop in de strijd. Hij paste zijn principe in Engeland toe. Het Savoy Theater werd verlicht met twaalfhonderd van zijn lampen en zijn eigen woning was het eerste huis in Londen dat elektrisch verlicht was.

De lamp van Edison leek dus erg op die van Swan. Er volgde een reeks van juridische gevechten. Uiteindelijk werd afgesproken dat Edison de Amerikaanse markt zou bedienen, terwijl Edison en Swan samen de Edison and Swan Electric Light Company Ltd oprichtten voor de Engelse markt. Het echte succes voor Edison begon op de elektriciteitstentoonstelling in Parijs die plaatsvond van 1 augustus tot en met 15 november 1881. Op die tentoonstelling voorzag hij een tweetal zalen van lampen. De bezoekers stonden in de rij om een schakelaar om te mogen draaien om daarmee een peertje van Edison aan en uit te doen.

Osmium lamp
Osmium lamp. Uit: Het elektrisch paradijs
De competitie tussen kooldraad of metaal heeft dus lange tijd geduurd. Soms leek kooldraad aan de winnende hand, soms metaal. Nog veel meer uitvinders dan hierboven genoemd waren hiermee bezig. Lawyer en Man bijvoorbeeld gaven in 1871 de grote doorbraak voor de kooldraadlamp door deze te patenteren. Ze richtten de Electro Dynamic Light Company op. De lampen waren echter vrij slecht. Edison bleef ondertussen de voorkeur geven aan platina. Zoals we hiervóór zagen, ging hij later toch weer om en keerde terug naar verkoold bamboe. Uiteindelijk heeft de metaaldraad het gewonnen. Koolstof is weliswaar sterker en heeft een hoger smeltpunt (4000 °C), maar het rendement was lager, omdat de verdamping van koolstof bij hoge temperaturen zo heftig was, dat de lamp in korte tijd zwart werd.

Tantaliumlamp
Tantaliumlamp. Uit: Het elektrisch paradijs
Vele andere metalen werden uitgeprobeerd. Er kwam de Osmium lamp (1900), die energiezuiniger was maar tienmaal zo duur, terwijl de draad kwetsbaar was. In 1904 verscheen de Tantaliumlamp met een smeltpunt van 2800 graden. Tantalium bleek op zich een geschikt metaal voor het economisch branden van lampen, maar was alleen geschikt voor gelijkstroom. Werner von Bolton werkte bij Siemens en Halske en wijdde zich vanaf 1895 geheel aan het verbeteren van de Tantaliumlamp. Hij werkte er tien jaar aan met vele tegenslagen. Ook de Tantalium lamp redde het niet en werd verdrongen door de oude kooldraadlamp.

De kooldraadlamp bleek de enige lamp die zich kon handhaven in de markt. De kooldraden moesten met een metaal worden bedekt en geen van de patenten bracht een blijvend goede commerciële lamp. Uiteindelijk werd deze strijd gewonnen door het metaal wolfraam. In 1904 kwam Tungsram met de eerste wolfraamlamp, gevuld met het edelgas Argon. Het lijkt vreemd dat men pas in 1904 op wolfraam overging, gezien het feit dat wolfraam van de metalen het hoogste smeltpunt (3000-3200 °C) heeft en goedkoper was dan platina. Een verklaring hiervoor is dat het een ingewikkelde techniek vereiste om de draad met wolfraam te prepareren. De wolfraamlampen van de eerste generatie werden nog gespoten, met het nadeel dat de gespoten draad nogal broos was. General Electric kwam met de oplossing: uit poeder geperste en gesinterde wolfraam werd eerst tot een millimeter uitgehamerd en pas daarna werd er een draad van getrokken. Alleen dankzij deze bewerking kon van het op zichzelf broze wolfraam een draad worden getrokken zonder dat deze brak. Er kon dus niet eenvoudigweg een reeks van metalen worden vergeleken op geschiktheid, maar er moest ook nog eindeloos worden uitgeprobeerd welke bewerking het metaal moest ondergaan.

Het elektrisch paradijs
Het elektrisch paradijs – Lorenz van Doornen en Meta Krüger
Een ingenieuze uitvinding uit 1897 was de Nernstlamp van de Duitse natuur- en scheikundige Walter Nernst. De lamp gaf een mooi fel wit licht en heeft nog een behoorlijke verspreiding gekend. Hij wordt in alle boeken uit die tijd dan ook trouw beschreven. Dit was geen metaaldraadlamp, de lamp beruste op de goede elektrische geleidbaarheid bij een hoge temperatuur van oxyden van zeldzame soorten, zoals zirkonium en magnesium. Het voordeel boven de gloeilamp was dat er geen vacuüm of gassen nodig waren. Parallel aan het gloeilichaam dat uiteindelijk licht moest gaan geven, werd een voorgloeispiraal geschakeld. Bij het inschakelen van de stroom ging er slechts een klein gedeelte van de stroom door het gloeilichaam, terwijl de meeste stroom door de voorgloeispiraal werd geleid. Het gloeilichaam werd verwarmd door de voorgloeispiraal en liet daardoor steeds meer stroom door. Een elektromagneet schakelde langzaam de spiraal uit. Het voorverwarmen duurde wel ongeveer een halve minuut. Het was een ingewikkelde techniek en het rendement lag aan de lage kant. In Europa werd deze lamp geproduceerd door AEG, maar uiteindelijk heeft de Nerntslamp het toch verloren van de gloeilamp.

~ Lorenz van Doornen en Meta Krüger

Boek: Het elektrisch paradijs – Lorenz van Doornen en Meta Krüger

Bekijk dit boek bij:

Bekijk dit boek bij Historiek Geschiedenisboeken