Villanyszerelők Lapja

Szakmatörténet

A villanyvilágítás születése: Edison és Swan

2017. november 10. | Dobai Gábor energetikus, szakújságíró |  353 | |

A villanyvilágítás születése: Edison és Swan

A különféle, kevésbé részletes kiadványok Edisont, néha Swant jelölik meg a szénszálas izzólámpa feltalálójaként, de a történet nem ilyen egyszerű.

Észak-Amerikában is sokan kísérleteztek egy használható izzólámpa kifejlesztésével, és miután a Lodigin-féle lámpák szerkezete ismertté vált, Joseph Wilson Swan (1828–1914) angol fizikus és kémikus, valamint a holland származású amerikai, Thomas Alva Edison (1847–1931) – egy igen termékeny feltaláló – is nekikezdett a Lodigin-féle lámpák tökéletesítésének. Mindketten ott folytatták, ahol Lodigin abbahagyta: a szénrudacskák vizsgálatánál. 1874. július 24-én a kanadai Henry Woodward és kollégája Mathew Evans szabadalmaztatta nitrogén védőgázas izzólámpáját, melynek szerkezeti felépítése lényegében azonos volt a Lodigin-féle lámpáéval.

Swan és Edison tudtak egymásról, de külön-külön kísérleteztek. Swan már több szabadalommal rendelkezett Angliában, Edison viszont csak 1878 körül, Amerikában kezdett foglalkozni az izzólámpával. Swan többéves megfeszített munkával megalkotott egy elég jó szerkezetű, a vákuumban elhelyezett szénszálas izzólámpát. 1860-ban már be tudta mutatni működő izzólámpáját, amely jó vákuum és megfelelő áramforrás hiányában csak rövid ideig működött. Charles Stearn vákuum-technikus segítségével 1878-ban elszenesített pamut izzószálat helyezett a légritkított üvegburába, így már elkerülhető volt a szénszál erős párolgása. Bár Lodigin lámpája már létezett, Swan volt az első ember a világon, akinek otthonában izzólámpa világított, és az ő háza volt az első, amelynek áramellátását vízenergia biztosította.

1. kép. Balra Edison, jobbra Swan lámpája.

Edison elszenesített papírral ért el gyakorlatban is hasznosítható eredményt 1879-ben. Addigra már kb. 1600 különféle anyagot kipróbált, amikor újra visszatért a szénhez. 1879. október 21-én az elszenesített fonal 40 teljes órán át világított az üvegburában! Első lámpája csupán 8 percig világított, de a sok száz többi is legfeljebb 15 percig működött, ez azonban 40 órán át! Edison 1879. november 4-én jegyeztette be tökéletesített eljárását izzólámpa gyártására U.S. Patent 0.223.898 lajstromszám alatt. Ez a bejelentés több szénszál-előállítási technológiát írt le, beleértve a papírból, pamutból, fából készítettekét is, és december 31-én az újfejlesztésű izzólámpáit nyilvánosan is bemutatta.

1880-ban Edison és csapata fölfedezte, hogy a bambuszrostból készített izzószállal akár 1200 üzemórát is el lehet érni.
Swan és Edison lámpája Lodigin lámpájához képest semmilyen elvi újdonságot nem hozott, sikerük mindössze annak köszönhető, hogy kiforrottabb, gyakorlatiasabb konstrukciók voltak.

Hiram S. Maxim 1880 októberében szabadalmaztatta a szénszál hidrokarbonátokkal történő bevonásának technológiáját az élettartam növelése céljából. Alkalmazottja, Lewis Latimer kifejlesztett és 1882. január 17-én bejegyeztetett egy hőkezelési eljárást, amely a szénszál törékenységét csökkentette, ezáltal lehetővé vált az izzószálak formára hajlítása. Latimer egyéb találmányokat is bejelentett, mint pl. újabb eljárásokat a szénszál és az árambevezető összekötésére.

Bár Swan volt az, aki feltörte a járatlan utat Edison számára, Edisonnak is sikerült használható izzót készítenie, amely meglehetősen hasonlított Swan lámpájára. Miután megtörtént a szabadalmaztatás, Edison lejárató kampányt indított, melyben azt állította, hogy Swan felhasználta az ő ötletét, sőt pert is indított, mondván, hogy Swan ellopta a találmányát. Edison azonban megneszelte, hogy Swan korábbi publikációival és szabadalmaival bizonyítani tudja elsőbbségét, illetve azt, hogy Edison alaptalanul vádaskodik, ezért egyezséget ajánlott. Ennek eredményeként 1883-ban közös céget hoztak létre Edison and Swan United Electric Light Company, röviden Ediswan néven.

Swant jobban érdekelte az elismerés, mint a pénz, ezért kialkudta, hogy Edison csak Amerikában forgalmazhassa termékeit, Swan hazájában, az Egyesült Királyságban nem. Angliában az Ediswan cég továbbra is Swan 1881-ben bejegyzett találmányával, cellulóz izzószállal gyártotta a lámpákat. Amikor 1892-ben Edison amerikai cége, az Edison General Electric Company és a Thomson–Houston Electric Company egyesült, ők is átálltak a cellulóz izzószálas villanykörték gyártására.

2. kép: Bajonettzáras Ediswan izzók reklámja Angliában.

Az Ediswan megalakulása után a világhírű feltaláló körül csoportosuló kutatókollektíva újult erővel látott hozzá a munkához. Meg kellett még alkotni az izzó foglalatát, a villanykapcsolót, az első biztosítékokat, az áram – ami akkor még egyenáram volt – elosztásának rendszerét. Az izzólámpa megalkotása, az üzemeltetéséhez szükséges többi készülékkel, elképzelhetetlenül nagy munka volt. Edison izzólámpájának tökéletesítésével gyári technikusok egész csapata foglalkozott. A műszaki szakemberek között 1885-től ott volt Lodigin, aki hazájában már Lomonoszov-díjat kapott, de a narodnyikok mozgalmában való részvétele miatt politikailag ellehetetlenült. Amerikában, Edison szolgálatában különféle földfémekből készült izzószálakat próbált ki az égőkben. 1890-ben sikerrel alkalmazta a wolframot. Az izzólámpa világhódító útjának sikeréhez hozzájárult a pozsonyi születésű Fodor István is, aki Edison munkatársa és barátja volt.

3. kép: Joseph Swan szénszálas izzói (E27 aljzat, 220 V, kb. 30 W)

Mikor a közvéleménynek tudomására jutott, hogy Edisonnak nagy nehezen sikerült az áramot világításra bírnia, a tőzsdén pánik tört ki. Edison részvényei 20 dollárról 7500 dollárra emelkedtek, a gázgyárosok részvényeinek értéke pedig rohamosan csökkent. 1880-ban Edison a háztartásokban biztonságosan használható, 100 V névleges feszültségű izzólámpákat kezdett gyártani, amelynek 2,5 dollárért adta darabját. Ezek a lámpák mindössze 3 lumen fényerőt szolgáltattak wattonként. Ugyancsak 1880-ban felszerelték az első hajót, a Columbiát, 350 izzóból álló villanyvilágítással. Akkoriban már ismerték a dinamót, az elektromos áram előállításának a kémiai áramforrásoknál hatékonyabb módját, és 1882. szeptember 4-én megkezdte működését a világ első, a New York-i Pearl Streeten épült villamos erőműve.

Edison 1882-ben elsőként írta le azt az akkor misztikusnak tűnő – később Edison-hatásnak elnevezett – jelenséget, amely szerint egy vákuumcsőben a fűtött katód és anód között a vákuumon keresztül elektromos áram indul.
Az elektrotechnikának ebben a csecsemőkorában még nem tisztázódtak az egyenáram és váltakozó áram alkalmazásának előnyei és hátrányai, s rögtön a kezdet kezdetén ádáz konkurenciaharc bontakozott ki a két áramnem hívei között, amit „áramok harcaként” jegyzett föl a technikatörténet. Elsőként Jablocskov jött rá, hogy a váltakozó áram iparilag hasznosítható, s a Ganz-gyár kezdettől fogva teljes mellszélességgel kiállt a váltakozó áram mellett akkor, amikor olyan szaktekintélyek, mint Edison, Lacsinov, Siemens, Halske, Schuckert és Rathenau az egyenáram érdekében kardoskodtak, és a nagy nyugati cégek egyenáramú gépeket gyártottak. Az amerikai nagytőke által létrehozott cégek az 1880-as években az Edison nevének és egyenáramú rendszerének kiépítését célul kitűző vállalkozások mögött tömörültek. Edison villamossági találmányainak hasznosítására először két társaságot hozott létre New York-i székhellyel. Az egyik a The Edison Electric Light Company of New York, amely Edison világítási rendszerének amerikai terjesztésével volt megbízva. A másik a The Edison Electric Light Company of Europa Limited volt Edison találmányainak európai hasznosítására. Ezek az anyavállalatok a későbbi években újabb tőkék bevonásával helyi részvénytársaságokat hoztak létre. Európában az Edison Electric Company működött, londoni székhellyel, mely vállalat rendezte be a világszerte nagy feltűnést keltett londoni kristálypalota kivilágítását és az első európai központi villanytelepet a High Holborn Viaductban, amely éveken át kifogástalanul működött.

A leghatalmasabb európai villamossági társulat a Compagnie Continentale Edison volt Párizsban. Az Edison konszern akkoriban összesen 12, többnyire amerikai tőkével, de feltétlenül amerikai irányítás alatt álló részvénytársaságokból állt. A Németországban zümmögő dinamókon még a Siemens & Halske védjegye volt látható, de a közcélú áramellátás jogát a Német Edison Társaság szerezte meg, amely 1887-től kezdve AEG (Allgemeine Elektrizitats Gesellschaft) elnevezéssel működött. Az AEG vezetője, Emil Rathenau, Siemenséket megelőzve érintkezésbe lépett Edisonnal, és megszerezte a találmányai németországi bevezetéséhez szükséges engedélyeket. Magyarországon kizárólagosan Puskás Ferenc, majd később a telefonközpont és a telefonhírmondó híres feltalálója, Puskás Tivadar képviselte az Edison érdekeltséget.

Nernst-lámpa

1897-ben Walther Nernst német fizikus és kémikus kikísérletezett egy kerámiafoglalatú elektromos világítótestet, az ún. Nernst-lámpát, amelyben cirkónium-dioxidból és ittrium-oxidból álló, egy platina fűtőtest hevítette vékony csövek világítottak. Találmányával kisebb vagyonra tett szert, de a fémszálas tantál- és volfrámizzók feltalálása keresztbehúzta számításait, és a Nernst-lámpa nem terjedhetett el. A lámpa működéséhez nem volt szükség vákuumra vagy töltőgázra, így búrára sem. Kétszer hatékonyabb volt a korabeli szénszálas izzóknál, a fémszálas izzólámpák megjelenéséig népszerű is. Magyarországon a Ganz-gyár és az Egyesült Villamossági Rt. megvásárolta a szabadalmat, de a várt siker elmaradt.

Edison 100–150 V-ra készített szénszálas izzólámpái 1879 végén gyúltak ki először, s 1905-ben már biztosan tudták, hogy a szénszál zsákutca. Az izzólámpák ez irányban való fejlesztése nemigen mutatkozott ajánlatosnak, részben mert az Edison által, a szénszálas izzók kis ellenállásához megállapított 110 V hálózati feszültség kevésnek bizonyult, részben mert a nagyobb fényerősség elérése céljából elkerülhetetlen hőfokemelést az 1700 °C fokon izzó szénszál már nem bírta el. Különben is az erősen párolgó szén az üvegburán kicsapódva annak fényáteresztő képességét erősen lerontotta.

Az elektromechanikusok régi törekvését, vagyis hogy a szénszál helyett egy tartósabb, mindamellett ökonomikusabb izzóanyagot találjanak, dr. Bolton, a Siemens és Halske cég laboratóriumának vezetője is kutatásának tárgyává tette. Dr. Bolton a wanádiumcsoport fémeivel próbálkozott, s a wanádiummal és nióbiummal folytatott kísérletek kudarcai után úgy látszott, hogy a tantál nevű fémmel szerencséje lesz. A tantál savaknak hidegen ellenáll, nehezen olvad, vékony szálakká formálható, és fehér izzásnál sem mutat hajlandóságot a szétporzódásra, elégésre. Keménysége az acéléhoz hasonló, szilárdsága túllépi azét, úgyhogy egy 0,05 mm átmérőjű szál 350 g-t elbír, ami 175 kg/mm² szakítószilárdságnak felel meg.

Fajlagos ellenállása 0,16 Ohm mm²/méter, ami izzó állapotban ötszörösére emelkedik. Huzallá történő megmunkálása csak akkor sikerült, amikor már tiszta állapotban is elő tudták állítani. A tantál tulajdonságai általában kedvezőnek ígérkeztek, egy kivétellel: fajlagos ellenállása kevésnek bizonyult, amelynek következtében konstrukciós problémák merültek fel. Ahhoz, hogy a szokásos 110 V feszültségű izzólámpákat készíthessenek belőle, egy 0,65 mm átmérőjű szálból 650 mm hosszú darabot kellett az üvegburába beépíteni. Egy ilyen hosszúságú tantálhuzalnak a szokásos méretű villanykörtében való elhelyezése sok fejtörést okozott dr. Boltonnak.

4. kép: 110 voltos tantállámpa Edison-menettel.

A végleges megoldás a 4. képen látható, melynél a tantálszál a körtében lévő két kis állványka karjaira cikcakkban van fölerősítve. Eme szerkezet biztosítja a lámpa mechanikai stabilitását, és képessé teszi arra, hogy minden helyzetben, sőt rázkódásnak kitéve is rendesen világítson. Az így elkészített lámpában az áram bekapcsolása után a tantálszál azonnal izzásba jön és kellemes kékesfehér fényt ad. A tantállámpa amellett, hogy kellemes fényt adott, a szénszálasnál jobb volt a fényhasznosítása, ebből következik, hogy kevésbé melegített, továbbá nem feketedett el és érzéketlen volt a feszültségingadozásokkal szemben, ezért a korabeli izzólámpák komoly vetélytársa volt.

5. kép: Edison-menetes szénszálas izzólámpa.

A Siemens & Halske A.G. kezdetben 25 gyertya fényével egyenértékű, 110 voltos tantállámpákat hozott forgalomba 1905-ben. Bár az általános célú világításból a wolframlámpa kiszorította, adócsövekben a tantált még jóval azután is használták.
A századforduló környékén a klasszikus kapitalizmus szabályainak keretei között, visszafogott és szolid, de tartós versengés kezdődött az újonnan részt követelő villanyvilágítás és a már megszokottá vált gázvilágítás között. Miután Carl Auer von Welsbach (1858–1929) osztrák vegyész, Bunsen tanítványa (aki a neodímium, a praezodímium, az itterbium és a lutécium felfedezője is volt), 1885-ben feltalált egy újfajta gázégőt, a róla elnevezett Auer-féle gázlámpát, amely az1890-es években megjelent a piacon. Az újfajta gázégő fénye igen kellemes és erős volt ahhoz, hogy az izzólámpának konkurenciát támasszon, s a gázvilágítás ez által hosszú időre ismét versenyképessé vált az akkor még igen drága villanyvilágítással szemben, sőt ideiglenesen még előnyre is szert tett. Auer von Welsbach azonban az izzólámpa tökéletesítéséhez is nagyban hozzájárult, amennyiben izzószálként ozmium fémet használt. Welsbach 1898-ban szabadalmaztatta, majd 1902-ben piacra dobta ozmium-wolfram szálas izzólámpáját, ez volt az első fémszálas izzó a kereskedelemben. Ez a lámpa lassanként háttérbe szorította a mégoly kellemes fényű Auer-lámpát, és magával hozta a világítás második forradalmát. Ennek a 2700 °C-on olvadó fémnek a törékenysége miatt azonban az ozmiumlámpa túlságosan sérülékenynek bizonyult, ezért a kissé gazdaságtalanabb, ámde jóval szívósabb tantállámpa hamar kiszorította a forgalomból. Az ozmium további felhasználásának az is határt szabott, hogy a Földön túlságosan kevés van belőle ahhoz, hogy igazi tömegcikké válhasson. 1906-ban Welsbach bejegyeztette az „Osram” márkanevet az általa kifejlesztett ozmium-wolfram szálas izzólámpa védelmére, mely védjegy napjainkban is fogalom.

6. kép: Joseph Swan a laboratóriumában.

A fémszálas izzólámpák terjedésével a berlini áramszolgáltató, a Berliner Elektrizitas Werke (BEW) 1899-ben úgy döntött, hogy ellátási területén a 110 V feszültséget 220 V-ra emeli, amit aztán a többi áramszolgáltató is sorra átvett. 1902–1903-ban az éles világpiaci árverseny miatt az izzólámpaárak katasztrofálisan csökkentek, ami ellen a piacvezető gyárak árkartell alakításával védekeztek, s létrejött a Phoebus kartell. Az árkartell értékesítési szervezete a szénszálas izzólámpák forgalmazását 1914. március végéig szerződésben szabályozta, ebben biztosította tagjainak az izzólámpák tökéletesítésével kapcsolatos szabadalmak és tapasztalatok kölcsönös megszerzését és használatát.

A századforduló után már nyilvánvaló volt, hogy az izzólámpák wolframszállal működnének a legjobban, de a wolframgyártás néhány technológiai problémája sokáig megoldatlan maradt. A húzott szálú wolframlámpák gyártási technológiáját Helfgott Ármin és a Westinghouse bécsi gyárából 1912. március 1-jén átszerződött Perczel Aladár vegyészek dolgozták ki az Egyesült Izzólámpa és Villamossági Rt. újpesti gyárában. A wolframszálas izzólámpa gyártása és forgalma – noha gyártástechnológiája meg sem közelítette a mai tökélyt – a nagy világcégek működési területén fölfutott, s az Egyesült Izzólámpa és Villamossági Rt. is kivette részét ebből a prosperitásból, a wolfram pedig egyszerre keresett és megbecsült ásványi kinccsé vált.

Az első világháború mélyreható következményei közül az egyik, hogy a hadikonjunktúra következtében megtanultunk becsülni olyan anyagokat, amelyeket korábban észre sem vettünk. Ilyen anyag a wolfram is. Lelőhelyei a világban szétszórtan helyezkednek el, amit az árkalkulációnál könyörtelenül figyelembe kellett venni. A wolframszálas izzólámpa születésének idején wolfram főleg az ausztráliai State-Quueenslandben fordult elő, pontosabban itt volt ismert akkoriban, éspedig legnagyobb mennyiségben a Kap-York-félszigeten, valamint Sziámban, ahol csak 1918-tól bányászták.

Oroszországban is ismert volt néhány telep, egy az Uralban és több a Bajkálon túl. A leggazdagabb telep ezek közül a Bukuka-hegy csúcsán volt. Itt csekély mélységben három aknát mélyítettek és 30 árkot ástak. A wolframitot a gránithegyeket átszelő kvarcerekből nyerték. Az ércek átlagos wolframtartalma 0,4% volt, s az egész készletet 3000 orosz fontra becsülték. Japánban is bányásztak wolframot, 1915-ben 409 tonnát vittek ki. Németország wolframszükséglete 1906-ban 1662 tonna volt, ez 1912-ben már 4881 tonnára emelkedett. Ezt a mennyiséget főleg Ausztráliából, Angliából, Portugáliából, Argentínából és Brit-Indiából szerezték be. Szászországban is volt egy wolframtelep, de 1912-ben csak 57 tonnát bányásztak. A wolfram mint fekete por került forgalomba, kisebbik részéből izzólámpák fémszálát készítették, nagyobb részét wolfram-acél gyártására használták.

Folytatjuk.

ÉrdekességVilágítástechnika

Kapcsolódó