Wetterlampe

Die Wetterlampe ist eine Öllampe, deren Flamme so eingeschlossen ist, dass sie die Schlagwetter einer Kohlengrube nicht entzünden kann. In der bekanntesten Form, der von Humphry Davy, lässt ein Zylinder aus feinem Eisendrahtgewebe Luft hinein und hält die Flamme zurück. Die erste Sicherheitslampe beschrieb William Clanny 1813, und Davy wie George Stephenson bauten 1815 jeweils ihre eigene.

Was es ist

Steinkohlenflöze geben Grubengas ab, das überwiegend aus Methan besteht. Mit Luft gemischt, in einem Anteil von etwa 5 bis 15 %, bildet es Schlagwetter, die an einer Flamme explodieren, und die Bergleute arbeiteten beim Licht von Kerzen und offenen Lampen. Eine Sicherheitslampe erlaubt es, eine Flamme in solche Luft zu tragen, ohne sie zu zünden. Die Flamme brennt in einem geschlossenen Korb, der frische Luft hinein- und Verbrennungsgase hinauslässt, die Flamme selbst aber nicht durchlässt.

Spätere Lampen umgaben die Flamme mit einem dicken Glaszylinder und behielten das Gewebe darüber.

Die Lampe, die Humphry Davy Ende 1815 entwarf, ist die einfachste Form. Eine kleine Öllampe mit Messingbehälter trägt einen Zylinder aus feinem Eisendrahtgewebe, der oben mit einer zweiten Lage Gewebe abgeschlossen ist. Drei senkrechte Drähte schützen den Zylinder und laufen über ihm an einer Platte mit einem Ring zum Tragen oder Aufhängen zusammen. Das Gewebe ist die ganze Hülle: Es gibt kein Glas, und der Bergmann sieht die Flamme durch die Maschen. Spätere Lampen umgaben die Flamme mit einem dicken Glaszylinder und behielten das Gewebe nur darüber, was viel mehr Licht gab.

Die Lampe war zugleich das Gasprüfgerät des Bergmanns. Wie sich ihre Flamme veränderte, zeigte ihm, ob Grubengas vorhanden war und ungefähr wie viel.

Wie es funktioniert

Eine Flamme ist eine Gasschicht, die heiß genug ist, um von selbst weiterzubrennen. Trifft sie auf das Gewebe, entziehen ihr die Eisendrähte schneller Wärme, als das brennende Gas nachliefern kann, und das Gas, das durch die Öffnungen tritt, ist auf der anderen Seite zu kühl, um zu brennen. Davy begann mit engen Metallröhren: Eine Explosion läuft durch ein Rohr nicht weiter, wenn es dünn und lang genug ist. Ein Drahtgewebe wirkt wie sehr viele sehr kurze Röhren nebeneinander. In seiner Abhandlung vom Januar 1816 berichtete er, dass die geprüften Gewebe mit 625 bis 6400 Öffnungen je Quadratzoll sicher waren. Ein Handbuch von 1842 verlangte, dass keine Öffnung weiter als ein Vierundzwanzigstel Zoll sein dürfe, rund 1 mm, und das später übliche Gewebe hatte 28 Eisendrähte je Zoll, also 784 Öffnungen je Quadratzoll.

Bei Grubengas steigt über der Flamme eine blassblaue Aureole auf; je mehr Gas, desto höher.

Die Lampe atmet die Luft ein, die sie umgibt. Enthält diese Luft Grubengas, verbrennt ein Teil davon im Korb. Bei wenig Gas erscheint über der gelben Flamme eine blassblaue Aureole, die mit steigendem Anteil höher wird. Manche Lampen trugen Marken auf dem Glas, an denen sich ihre Höhe ablesen ließ. In einem explosiven Gemisch füllt sich der ganze Zylinder mit Flamme und das Gewebe kann rot glühen, doch die Verbrennung bleibt innen. Das ist das Zeichen, sofort zurückzugehen: Bleibt die Lampe im Gas, werden die Drähte immer heißer und können schließlich schmelzen.

Der Schutz hatte Grenzen, die von Anfang an bekannt waren. Ein starker Wetterstrom konnte die Flamme durch die Maschen drücken. Bei Versuchen einer britischen Royal Commission zwischen 1879 und 1886 übertrug eine Davy-Lampe aus der Grube Blantyre ihre Flamme auf das umgebende explosive Gemisch, sobald dieses in Bewegung war. Ein Loch, größer als die Maschen, durch einen Stoß oder durch Rost, hob jeden Schutz auf, ebenso das Öffnen der Lampe unter Tage, das den Bergleuten streng untersagt war. Das Licht war schwach. Die Lampe erlaubte es auch, tiefere und gasreichere Flöze abzubauen, und die Schlagwetterexplosionen hörten nicht auf.

So geht’s

Eine echte Sicherheitslampe muss für ihren Einsatz gebaut und zugelassen sein, und eine selbstgebaute Lampe darf nie in die Nähe von Gas, Kraftstoffdampf oder Staub kommen. Gefahrlos am Tisch zeigen lässt sich das Prinzip: Eine Flamme geht nicht durch feines Metallgewebe.

Die Flamme breitet sich unter dem Gewebe aus, geht aber nicht hindurch.

Man braucht eine Kerze in einem standfesten Halter, ein Metalltablett, ein Quadrat aus feinem Metallgewebe von etwa 15 cm Seitenlänge (das Stahl- oder Kupfergewebe aus dem Laborbedarf oder ein Stück aus einem feinen Metallsieb ohne Kunststoffrand), eine lange Metallzange oder eine Laborklemme an einem Stativ und einen Eimer Sand oder Wasser. Zünden Sie die Kerze an und lassen Sie die Flamme ruhig werden. Halten Sie das Gewebe mit der Zange waagerecht und senken Sie es langsam auf die Flamme, bis es sie etwa in halber Höhe schneidet. Der untere Teil der Flamme breitet sich unter den Maschen aus, darüber sieht man nur etwas Rauch und keine Flamme. Heben Sie das Gewebe an, und die ganze Flamme ist wieder da. Kaltes Gewebe wirkt am besten; nach einigen Sekunden in der Flamme wird es heiß, Ruß setzt sich auf die Drähte, und man legt es zum Abkühlen auf das Tablett, bevor man es wieder benutzt.

Die Flamme ist offen, und das Gewebe wird so heiß, dass es die Haut verbrennt. Arbeiten Sie auf einer hitzebeständigen Unterlage, fern von Vorhängen, Papier und allem, was Feuer fangen kann, binden Sie lange Haare zurück, krempeln Sie weite Ärmel hoch, halten Sie Sand oder Wasser griffbereit, und lassen Sie Kinder den Versuch nur mit einem Erwachsenen machen. Halten Sie das Gewebe nie mit den Fingern, verwenden Sie für diesen Versuch nie einen Gasbrenner, Feuerzeugbenzin, Spiritus oder einen anderen Brennstoff, und benutzen Sie ihn nie, um nach Gas zu suchen. Lassen Sie alles abkühlen, bevor Sie es wegräumen.

Geschichte und Entwicklung

Am 25. Mai 1812 tötete eine Explosion in der Grube Felling bei Gateshead 92 Männer und Jungen. Im Jahr darauf gründete sich in Sunderland eine Gesellschaft zur Verhütung von Unfällen in Kohlengruben, deren Mitglieder sich von der Wissenschaft ein sicheres Licht erhofften.

Die erste Antwort kam von einem Arzt aus Sunderland, William Reid Clanny. In einer Abhandlung, die am 20. Mai 1813 vor der Royal Society verlesen wurde, beschrieb er eine Kerze, die hinter dickem Glas in einem geschlossenen Kasten brannte. Ein Paar Blasebälge drückte frische Luft durch Wasser unter der Flamme hinein, und die verbrauchte Luft entwich durch Wasser darüber, sodass eine Explosion im Inneren die Grube nicht erreichen konnte. Die Lampe funktionierte, musste aber ständig gepumpt werden, und Clanny ging danach zu einfacheren Bauarten über.

1815 arbeiteten zwei Männer gleichzeitig an der Aufgabe. George Stephenson, Maschinenmeister der Grube Killingworth und später Erbauer von Lokomotiven, erprobte am 21. Oktober 1815 eine Lampe in der Grube und am 4. und 30. November verbesserte Fassungen; in der ausgereiften Form brannte die Flamme in einem Glaszylinder unter einer Metallhaube mit kleinen Löchern. Humphry Davy begann seine Arbeit in London am 9. Oktober 1815, mit Michael Faraday als Assistenten. Am 9. November wurde seine erste Abhandlung, über Lampen, deren Luft durch enge Röhren strömte, vor der Royal Society verlesen. Danach ersetzte er die Röhren durch Drahtgewebe. Fünf seiner Drahtgewebelampen wurden am 9. Januar 1816 in der Grube Hebburn erprobt, und sein Bericht über die Lampe wurde zwei Tage später verlesen.

Beide Seiten beanspruchten den Vorrang. Davys Anhänger meinten, die Lampe sei aus seinen Versuchen hervorgegangen und Stephenson habe die Idee übernommen. 1817 kam ein Ausschuss in Newcastle zu dem Schluss, dass Stephenson unabhängig gearbeitet hatte, und Grubenbesitzer sammelten 1000 Pfund für ihn. Beide Lampen blieben in Gebrauch, die Davy-Lampe im größten Teil Großbritanniens, Stephensons „Geordie“-Lampe im Nordosten, wo viele Bergleute ihr helleres Licht vorzogen.

Spätere Lampen verbanden Glas und Gewebe. 1839 umgab Clanny die Flamme mit einem Glaszylinder, über dem das Gewebe saß, und 1840 fügte der belgische Ingenieur Mathieu Mueseler einen inneren Schornstein hinzu, der den Zug verbesserte und das Glas vor Ruß schützte. Nach den Versuchen der Royal Commission im Luftstrom bevorzugte man Lampen, deren Gewebe von einem Blechmantel geschützt war. Elektrische Lampen brachten den nächsten Wandel. In den Vereinigten Staaten ließ das Bureau of Mines 1915 eine mit Thomas Edison entwickelte Kopflampe zu, mit einer Glühlampe am Helm und einem wiederaufladbaren Akku am Gürtel. Elektrische Kopflampen gaben weit besseres Licht, zeigten aber kein Gas an; die Wetterlampe mit Flamme blieb deshalb als Gasprüfgerät im Einsatz, lange nachdem sie als Lichtquelle ausgedient hatte.