Von den seltenen Erden zum wirtschaftlichsten Licht. Zum ersten Gedenktag des Todes Dr. Carl Auer von Welsbachs. Von Ingenieur B. Duschnitz. DUSCHNITZ, Von den seltenen Erden. Ein stattliches Werk gaben Dr. J. Herzfeld und Dr. Otto Korn im Jahre 1901 heraus. Es trägt die Ueberschrift „Chemie der seltenen Erden“. Bekanntlich bezeichnet man mit „seltenen Erden“ eine Anzahl schwer reduzierbarer Oxyde, deren chemische und physikalische Eigenschaften sich wenig voneinander unterscheiden, und die sich in gewissen selten und in geringer Menge vorkommenden Mineralien finden lassen, wie Gadolinit-Erden, Ceritoxyde, Thorerde, Zirkonerde. Die Aufmerksamkeit auf sie ist seit den achtziger Jahren des vorigen Jahrhunderts in außerordentlichem Maße gelenkt worden durch die höchst geniale und wirtschaftlich hervorragende Erfindung der Gasglühlichtkörper von Auer von Welsbach, der zur Herstellung der letzteren sich ausschließlich der Salze bediente, die aus den seltenen Erden gewonnen wurden. Der Erforschung sowie dem weiteren Ausbau der Chemie dieser Gruppe wandte man für die Folge erhöhten Eifer zu, und man gelangte bei der Bearbeitung des Thornitrats aus dem Monazitsand sogar zu einer chemischen Großindustrie. Chemiker aller Länder haben sich an diesem Ausbau eifrigst beteiligt, und so konnte in kurzer Zeit das eingangs erwähnte Wissensgebäude entstehen: Die Chemie der seltenen Erden. Doch weit ist dieses Gebäude noch davon entfernt, als vollendet zu gelten, und selbst Auer v. Welsbach, der sich vom Beginn seiner Laufbaln an besonders mit der Chemie der seltenen Erden beschäftigte und aus ihnen vier neue Elemente, und zwar Neodym, Praseodym, Aldebaranium und Cassiopeium gewann, hat noch seine letzten Lebenstage dem Studium und der Erforschung der seltenen Erden gewidmet. Der Erfinder des Gasglühlichts, Dr. Carl Freiherr Auer von Welsbach, der durch diese Erfindung und überhaupt durch seine erfolgreiche Beschäftigung mit den seltenen Erden zu Ruhm und Reichtum gelangt ist, hatte einen bedeutenden und nicht minder erfinderisch begabten Vater, Alois Ritter Auer von Welsbach, der sich vom Traunflößerssohn zum Direktor der Hof- und Staatsdruckerei in Wien emporarbeitete, und dessen bahnbrechendes Wirken auf mehreren Gebieten der Druckereitechnik u.a. auch von Alexander v. Humboldt anerkannt wurde. Dr. Carl Freiherr Auer v. Welsbach ist am 1. November 1858 in Wien geboren worden, und die Stellung seines Vaters ermöglichte ihm auch, in Heidelberg unter Bunsen zu studieren. Durch zufällige Experimente, die er dort zu seiner Doktorarbeit über die seltenen Erden gemacht hat, stieß er auf die Entdeckung, daß nichtleuchtende Flammen des Bunsenbrenners durch gewisse seltene Erden Leuchtkraft erhielten. Von diesen Versuchen ausgehend, gelangen ihm seine wissenschaftlichen und technischen Entdeckungen bzw. Erfindungen, deren erste die Schaffung des Glühkörpers für die Gasbeleuchtung im Jahre 1885 war. Was diese Erfindung zu ihrer Zeit bedeutete, wie sie in gleicher Weise die damals noch junge Elektrizitätsindustrie und die fast ein Jahrhundert alte Gasindustrie in Aufregung versetzte, das ist heute, wo bedeutende Erfindungen an der Tagesordnung sind, kaum noch vorstellbar. Die große wirtschaftliche Bedeutung des Auergasglühlichts bestand darin, daß es selbst in der im Herbst 1886 bekannt gewordenen unvoll kommenen Gestalt ermöglichte, auf gleiche Lichtstärke bezogen, mit nur ein Zehntel der Gasmenge auszukommen, die der damals allgemein gebräuchliche Schnittbrenner verbrauchte. Mit einem Schlage war die drohende Konkurrenz der erst 1879 von Edison in die Praxis der Beleuchtung eingeführten elektrischen Kohlenfadenglühlampe erledigt, aber selbst die Gasproduzenten fürchteten zunächst, daß sich der Gasabsatz infolge des so sehr niedrig gewordenen spezifischen Verbrauchs des Auerlichts stark verringern müsse. Doch kam ihnen der Lichthunger der Menschheit zu Hilfe, und rasch eroberte sich das Auergaslicht die Welt. Die kaum erst errichteten elektrischen Anlagen wurden in Massen stillgelegt, das weiße Licht des Auerglühstrumpfes verdrängte das gelbliche Licht der Kohlefäden der elektrischen Lampen, und die Auer- und Gaswerks-Aktien stiegen an allen Börsen der Welt zu niemals vorher geahnter Höhe. Und so kam Carl Auer v. Welsbach schon in den neunziger Jahren des vorigen Jahrhunderts zu großem Ruhm und Vermögen. Die zunächst aus imprägnierten Baumwollfäden hergestellten Glühkörper wurden von ihm 1901 in die endgültige Form des Thorium-Cer-Glühstrumpfes übergeführt. Ueber den ganzen Werdegang des Glühstrumpfes ist z.B. in Dr. H. W. Fischers 1906 erschienenem Werkchen „Der Auerstrumpf“ näheres zu finden. Eine weitere technische Großtat Carl Auers war die Schaffung der pyrophoren Legierungen, insbesondere der als „Auermetall“ bekannten Cer-Eisen-Legierung, die ebenfalls aus den Studien der seltenen Erden entsprang und heute als Zündstein in Taschenfeuerzeugen und Gasanzündern über die ganze Welt verbreitet ist, und es auch durch die Anwendung in Benzin-Grubenlampen ermöglichte, die Gefahr der schlagenden Wetter stark zu vermindern. Doch wurde diese Gefahr noch wirksamer verringert, als man dazu übergehen konnte, zum Erhellen der Gruben Glühkörper zu verwenden, die zur Hervorbringung der Leuchtwirkung keine Luft mehr benötigten. Und für diese Glühkörper, d.h. die in luftleer gepumpten Glasbirnen eingebauten, mittels elektrischer Energie höchst wirtschaftlich zum Leuchten gebrachten metallischen Leuchtkörper hat auch Auer die Bahn gebrochen. In seinem 63. Lebensjahre hat er darüber berichtet, in welcher Weise ihm dies gelang (ETZ. 1921, S. 453), und diesem Bericht sei hier Raum gegeben; er war der einzige, den Carl Auer von Welsbach hierüber erstattete. Der mächtige Aufschwung, den die elektrische Beleuchtung gegen Ende der achtziger Jahre des vergangenen Jahrhunderts genommen hatte, schien darauf hinzuweisen, daß der langjährige Kampf, der sich zwischen dem Gaslicht und elektrischen Licht entsponnen hatte, mit dem Siege des letzteren enden würde. Tatsächlich mußte das Gaslicht, trotz aller Bemühungen der Gastechniker, die Leuchtkraft der Flamme zu erhöhen, Schritt für Schritt vor dem elektrischen Lichte zurückweichen. Auch die Erfindung des Gasglühlichtes durch Auer vermochte, ungeachtet bemerkenswerter Anfangserfolge, keinen nachhaltigen Wandel zu schaffen. Diese ungünstige Lage der Gasbeleuchtung änderte sich aber fast mit einem Schlage, als der von Auer geschaffene Thor-Cer-Glühkörper in den Handel kam. In dem neuen Gasglühlicht hatte die Gastechnik ein das elektrische Glühlicht weit überstrahlendes Beleuchtungsmittel gewonnen, das an Billigkeit jedes andere übertraf. Von dieser Zeit an spielte die Gasbeleuchtung bei allen Beleuchtungsfragen naturgemäß wieder eine hervorragende Rolle, ja, es war ihr in gewissem Sinne eine Art Vorherrschaft über das damals so teure elektrische Glühlicht neuerdings erwachsen. Teils persönliche Beweggründe, über die sich Auer nicht näher ausließ, teils aber auch sachliche Einflüsse veranlaßten Auer, diesem Rollentausch nicht gleichgültig gegenüberzustehen. Von Jugend auf mit Versuchen über das elektrische Licht beschäftigt, hatte Auer dieses Arbeitsgebiet liebgewonnen, und so beschloß er denn, zu versuchen, ob er nicht auch dem elektrischen Lichte zu Hilfe kommen konnte. Während er sich bei seinen früheren Arbeiten aber hauptsächlich mit Bogen- und Funkenphänomenen beschäftigt hatte, wollte er es diesmal mit starren Leitern probieren. Bei den vielen Versuchen, die Auer über das Lichtausstrahlungsvermögen anstellte, hatte er oft Gelegenheit, zu erkennen, wie außerordentlich verschieden sich die Körper in dieser Beziehung verhielten. Während der eine Körper oft nur zur hellen Rotglut kam, gab der andere, unter gleichen Verhältnissen erhitzt, schon blendend weißes Licht. Diese Beobachtungen bezogen sich allerdings zumeist auf das Erhitzen in chemischen Energiequellen und waren demnach nicht direkt beziehbar auf die durch den elektrischen Strom hervorgerufenen Glühprozesse. Doch lag die Vermutung nahe, daß die Körper, im Strome erhitzt, gleichfalls erhebliche Unterschiede in ihrem Licht- und Wärmeausstrahlungsvermögen aufweisen könnten, ihre Lichtfarbe mithin verschieden wäre. Insbesondere richtete sich Auers Augenmerk auf die schwer schmelzbaren Metalle, von denen er annahm, daß sie sich in der Lampe ganz anders und besser verhalten müßten als der Kohlenstoff. Bestimmte Erfahrungen lagen in dieser Richtung indes nicht vor. Auers Arbeitsziel war es also, ein Metall zu finden, das in der Gestalt eines dünnen, elastischen Fadens oder Drahtes eine bis zur strahlenden Weißglut gehende Erhitzung ohne Formveränderung auszuhalten imstande war. Platin mit seinem verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunkt kam natürlich nicht in Betracht. Die anderen als sehr schwer schmelzbar bekannten Metalle hingegen waren als dünne Fäden oder Drähte nicht zu beschaffen. Da verfiel Auer auf eine etwas absonderliche Idee. Er hatte früher einmal gesehen, daß ein sehr feiner Aluminiumdraht, durch den elektrischen Strom allmählich zum Glühen gebracht, bis zur hellen Weißglut erhitzt werden könne, ohne abzuschmelzen. Unter Berücksichtigung des niedrigen Schmelzpunktes des Aluminiums gewiß ein überraschendes Experiment. Auer wiederholte es, und es gelang ganz leicht. Die Erklärung hierfür zu finden, fiel ihm nicht schwer. Der allmählich in Rotglut kommende Aluminiumdraht überzieht sich nämlich mit einer nach und nach dichter werdenden ziemlich schwer schmelzbaren Tonerdeschicht, in der das zum Schmelzen kommende Metall, wie in einer Röhre festgehalten, bis nahe zum Siedepunkt gebracht werden kann, ohne daß das halb-geschmolzene Röhrchen berstet. Diesen Versuch wollte Auer unter gewissen, mehr Erfolg versprechenden Abänderungen nachahmen. Statt des Aluminiums wählte Auer Platin, und den emailleartigen Ueberzug wollte er aus dem fast unschmelzbaren Thoroxyd herstellen. Das war auf den ersten Blick eine recht schwierige Aufgabe, in Wirklichkeit jedoch eine höchst einfache Sache. Auer bewerkstelligte dies in folgender Weise: Er zog einen dünnen Platindraht durch die mit einer verdünnten Thornitratlösung befeuchteten Fingerspitzen, glühte ihn dann in der Flamme aus und wiederholte diesen Versuch behutsam solange, bis der Platindraht mit einer eben sichtbaren Thoroxydschicht überzogen war. Nun zerschnitt Auer den Draht, um metallische Berührungsstellen zu schaffen, bog ihn in der Flamme bügelförmig ab und setzte ihn an die aus Platin bestehenden, mit Strom versorgten Pole an; infolge einer kleinen Bogenbildung frittete der Draht alsbald an und begann zu glühen. Mit dem allmählichen Ansteigen der Stromstärke kam er bis nahe zur Weißglut. Da begann er plötzlich an einer Stelle hell aufzuleuchten, während gleichzeitig der übrige Teil des Fadens an Leuchtkraft verlor. Durch entsprechende Verstärkung der Spannung gelang es leicht, die weißglühende Stelle zu vergrößern und so nach und nach den ganzen Faden in Weißglut zu versetzen. Der früher starr gewesene Faden war nun leicht beweglich – das Platin war in seiner Hülle geschmolzen. Das Licht ließ sich bis zur strahlenden Weißglut verstärken, ohne daß der Faden Schaden nahm. Auer überraschte es, wie gering, relativ genommen, die Wärmestrahlung im Verhältnis zur Lichtstrahlung war. In diesem Versuche war die erste niedrigwattige Metallfadenlampe Auers in freilich nicht gebrauchsfähiger Form erstanden, und Auer sah sich seinem Ziele schon näher gerückt. Allein die Enttäuschung blieb nicht lange aus! Beim Unterbrechen des Stromes bewegte sich der Faden zwar ein wenig, blieb aber scheinbar intakt. Als Auer es aber dann versuchte, den Strom wieder einzuschalten, gelang das nicht mehr; die Leitung im Faden war unterbrochen. Bei näherer Prüfung konnte Auer an einer Stelle ein kleines Platinkügelchen wahrnehmen, wogegen an einer anderen die Platinseele zerrissen war. Auer wiederholte den Versuch unter den mannigfachsten Abänderungen, jedoch immer mit dem gleichen ungünstigen Ergebnis. Nun ersann er eine kleine Vorrichtung, die in selbsttätiger Weise es gestattete, die Thoroxydhülle beträchtlich zu verstärken und sie glashart zu machen. Wiederum ohne jeden Erfolg. Das schmelzende Platin sprengte die Hülle stets an irgendeiner Stelle, und auch der Platinfaden zerriß immer wieder. Unter solchen Umständen gab es Auer auf, diese Versuche ins Praktische zu übertragen, experimentierte indes aus wissenschaftlichen Gründen weiter. Da, bei einem Versuche mit recht langem, bügelförmigem Faden, zeigte sich eine merkwürdige Erscheinung. Der glühende Faden krümmte sich und kam längsseits zur Berührung; von diesem Augenblicke an fiel der untere Teil aus dem Glühen, der Strom ging an der Berührungsstelle über. Wiederholte, in verschiedener Weise abgeänderte Versuche hatten das gleiche Ergebnis. Auer schloß daraus, daß dichtes, stark gefrittetes Thoroxyd in glühendem Zustande den Strom leiten müsse. Weitere Versuche bestätigten diese Annahme. Auer erzielte den für das Leitvermögen notwendigen innigen Zusammenhang der Teilchen dadurch, daß er das komprimierte Oxyd mit einer Thornitratlösung tränkte, dann ausglühte und diesen Vorgang solange wiederholte, bis das Oxyd glasartige Beschaffenheit angenommen hatte. Andere feuerbeständige Oxyde, z.B. die seltenen Erden, verhielten sich ähnlich wie das Thoroxyd. Es war für Auer nicht schwierig, mit Hilfe solcher gefritteter Stäbchen sehr schöne Lichteffekte zu erzielen. Auer ging indessen der Sache nicht weiter nach, weil die Schwierigkeit des Vorglühens in einer für praktische Zwecke bestimmten Lampe nicht leicht zu überwinden gewesen wäre. Sein Ziel blieb nach wie vor der schwerschmelzbare, elastische Metallfaden. Nach den Versuchen mit Platin begann er seine Arbeiten auf die anderen schwerschmelzbaren Platinmetalle auszudehnen, namentlich auf das den höchsten Schmelzpunkt unter ihnen besitzende Osmium. Alle diese Platinmetalle sind bekanntlich höchst spröde Körper, die ein Ziehen zu Draht unter keinen Umständen erlauben. Auf dem Wege der mechanischen Gestaltung war sonach nichts zu erreichen. Osmium und Ruthenium, die in hohem Maße verbrennlich sind und überaus gefährliche und giftige Verbrennungsprodukte geben, in dünne elastische Fäden zu bringen, war keine ganz leichte Aufgabe. Zunächst imprägnierte Auer Baumwollfäden mit den entsprechenden Salzlösungen und verglühte sie; dann überzog er verbrennbare Fäden mit einer Schicht des fein zerriebenen Metalls; alles jedoch ohne eigentlichen Erfolg. Die Fäden waren stets ungleichmäßig und brannten daher an den dünnen Stellen durch, lange bevor der Faden konsolidiert war. Allein das eine zeigten Auer diese Versuche mit aller Deutlichkeit, daß das Osmium den anderen Platinmetallen weit überlegen war, und daß er hoffen durfte, in ihm das geeignete Metall für die neue Lampe gefunden zu haben. Auer versuchte nun ein anderes Verfahren. Er spannte in einer weiten Röhre haarfeine Drähte aus, füllte die Röhre mit reduzierend wirkenden Gasen, die Dämpfe von Osmiumtetroxyd enthielten, und erhitzte die Metallfäden durch den Strom soweit, daß das Osmium sich abzuscheiden begann. Dieser Prozeß wurde dann solange fortgesetzt, bis die Fäden die gewünschte Stärke angenommen hatten. Auf diese Weise gewann Auer mitunter ganz brauchbare Fäden. Allein technisch vorteilhaft war dieses Verfahren noch immer nicht, teils weil es schwer hielt, die Seele des Glühfadens zu entfernen, teils weil die Fäden nicht genügend gleichartig und elastisch waren. Nach allen diesen mehr oder weniger fehlgeschlagenen Versuchen fand Auer schließlich doch das Richtige. Dieses neue Verfahren, nach welchem die Glühlampenindustrie lange Zeit gearbeitet hat, war das in den Auerschen Patentschriften über die Osmiumlampe ausführlich geschilderte „Pasteverfahren“. Amorphes Osmium, wie man es durch gelindes Glühen von Osminditetraminchlorid leicht erhält, wurde unter Zusatz von Zucker oder auch für sich zu feinstem Pulver zerrieben und geschlämmt; das Osmiumpulver wurde hernach mit einer viskosen Lösung von Gummi oder gebranntem Zucker versetzt und zur Paste geknetet. Diese wurde hierauf in einen mit einer feinen Düse versehenen Zylinder gebracht und durch gut schließende Stempel unter hohem Druck zum Faden gepreßt. Der spinnende Faden wurde auf einer beweglichen Unterlage aufgefangen, in passende Stücke zerschnitten, diese wurden geformt und auf einer heißen Tonplatte getrocknet. Die so gewonnenen Fäden kamen in eine Muffe und wurden unter Luftabschluß zum gelinden Glühen erhitzt. Diese nun Kohlenstoff enthaltenden Fäden, die nicht schwierig zu verarbeiten waren, wurden in passende Fassungen eingeklemmt oder mit Osmiumbrei befestigt und waren so zum „Formieren“ fertig. Das Formieren hatte den Zweck, den Kohlenstoff zu entfernen und den Faden zum Sintern zu bringen. Hierzu diente ein gleichzeitig reduzierend und oxydierend wirkendes Gasgemisch, wie es beispielsweise dem Bunsenbrenner nach dem Zurückschlagen der Flamme entströmt. In einem solchen Gasgemenge wurde der Faden bei hoher Spannung erst bis zur Rotglut, dann dem sinkenden Widerstand entsprechend bei niedrigerer Spannung bis zur strahlenden Weißglut erhitzt. Nach kurzer Zeit nahm er seine endgültige Form an. Er war nun zum Einsetzen in die Lampe fertig. Die so entstandene Osmiumlampe war die erste niederwattige Metallfadenlampe, die im Handel erschien und 1902 von der Auergesellschaft in Berlin auf den Markt gebracht wurde. Von da an schössen die Glühlampenpatente wie die Pilze aus dem Boden. Die neuzeitliche Metallglühlampentechnik begann sich, von Auer in die Wege geleitet, zu entfalten. Das folgende Bekenntnis Auers sei noch wörtlich angeführt: „Nicht unerwähnt will ich es schließlich lassen, daß ich auch andere Metalle in den Kreis meiner Versuche zog. Allein keines von diesen schien mir dem Osmium überlegen zu sein. Hierbei hatte ich freilich das Wolfram übersehen. Eine Unachtsamkeit, der es in erster Linie zuzuschreiben war, daß meiner Erfindung der materielle Erfolg versagt blieb.“ Nachdem also Auer v. Welsbach das wesentlich schwerer schmelzbare und sich daher für Glühlampenleuchtkörper besser als Omnium eignende Wolframmetall übersah und dasselbe somit außerhalb des Bereiches seiner Patente blieb, konnten andere diese Patente umgehen und Wolframfadenlampen auf Auerscher Grundlage erzeugen. Nach den letzten Angaben des Statistischen Reichsamts (Wirtsch. u. Stat., Bd. 10, 1930, S. 427) sind nun während des Rechnungsjahres 1928-29 in Deutschland 98,9 Millionen Metalldrahtlampen hergestellt worden, und der Leuchtkörper dieser Lampen besteht aus Wolfram, das Auer zwar übersah, für dessen Verarbeitung zu Leuchtfäden aber er die Bahn gebrochen hat. Seine Osmiumlampe benötigte nur etwa 1,5 Watt pro Hefnerkerze, während die bis dahin gebräuchliche Kohlefadenlampe 3 bis 4 Watt pro Hefnerkerze verbrauchte. Selbst die heutigen luftleeren Wolframdrahtlampen erfordern etwa 1,25 W/HK, also nicht wesentlich weniger als Auers Osmiumlampe, so daß das Verdienst, den ausschlaggebenden wirtschaftlichen Fortschritt eingeleitet zu haben, Dr. Carl Auer von Welsbach gebührt. Das Dunkel der Gruben mittelst transportabler elektrischer Lampen von geringem Gewicht zu bannen, ermöglichte erst die Erfindung von Auer. Carl Auer v. Welsbach starb am 4. August 1929, nachdem er kurz zuvor von der Universität Freiburg i. B. und der Technischen Hochschule Graz zum Ehrendoktor und von der Universität Heidelberg zum Ehrensenator ernannt wurde.