Das elektrische Geleucht: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 10. Juli 2012, 12:18 Uhr

Dieser Artikel befasst sich mit dem Einsatz elektrischer Geleuchte bei der Altbergbaubefahrung und Höhlenforschung

Elektrisches Geleucht aus dem Bergbau.

Das elektrische Geleucht hat einige Vorteile gegenüber dem Karbidgeleucht. So natürlich in Ex-geschützter Ausführung bei der Befahrung von schlagwettergefährdeten Bauen (explosionsgeschützt, bei Benutzung des Geleuchts werden explosive Gas-Luft-Gemische nicht gezündet). Auch unter einem Wasserfall läuft mit Karbid nichts mehr. Die Fokussierung des Lichts läßt sich verändern, damit wird eine flächige Beleuchtung oder die Ausleuchtung langer Strecken oder von Schächten möglich.

Die üblicherweise verwendeten Grubenleuchten und die in der Höhlenforschung verwendeten elektrischen Geleuchte sind spritzwassergeschützt (Schutzart IP 67), zum Tauchen jedoch ungeeignet. Üblich ist die Bestückung mit 2 Lampen (Haupt- und Sicherheitslicht) oder entsprechenden 2-Faden-Lampen.

Elektrische Geleuchte lassen sich nach der Art des Leuchtmittels und nach der Bauart einteilen.

Art der Leuchtmittel

Normale Glühlampe mit Wolframfaden

Das Licht wird durch über den elektrischen Widerstand und die damit verbundene Wärmeentwicklung erzeugt. Die Betriebstemperatur beträgt etwa 2500°C. Damit der Faden nicht verbrennt, ist der Lampenkolben evakuiert. Die Glühlampe hat eine geringere Lichtleitung als Halogenlampen, ist aber nicht so stromfressend. Die konventionellen Glühfadenlampen wurden werksseitig bei den klassischen Akkukopflampen aus dem Bergbau (siehe weiter unten) sowohl für das Hauptlicht, als auch für das Nebenlicht (meist Zweifadenlampe) verwendet.

Halogenlampe

Eine spezielle Gasfüllung (Halogenoide) des Quarzglaskolbens ermöglicht eine höhere Betriebstemperatur und erhöht die Lebensdauer und Lichtausbeute der Lampe. Nachteilig ist der sehr hohe Stromverbrauch. Zum kurzzeitigen oder punktförmigen Ausleuchten ist die Halogenlampe aber unschlagbar. Verwendet wird diese Bauart als Hauptlicht in der Petzl Duo® (Stirnlampe), in diversen Akkuhandscheinwerfern älterer Bauart oder in Bergbau-Kopflampen des englischen Hersteller Hawker Oldham.

Leuchtstofflampe

Durch Gasentladungen wird das enthaltene Gas zur Strahlung im UV-Bereich angeregt, die weiße Innenbeschichtung der Leuchtstofflampen wandelt die UV-Strahlung in sichtbares Licht um. Sehr sparsam im Stromverbrauch, oder andersherum: viel mehr Licht bei gleichem Stromverbrauch. Da aber ein sehr räumliches Licht, kein Lichtkegel erzeugt wird, ist dennoch eine hohe Lichtleistung erforderlich, um einen Grubenbau auszuleuchten. Diese Lampen konnten sich trotz Versuchen bisher im Bereich Höhlen- und Altbergbaubefahrung nicht durchsetzen. Schwierigkeiten bereitet die hohe erforderliche Zündspannung (die Isolierung gegen die Grubenfeuchtigkeit ist problematisch) die Helligkeit und mechanische Probleme, da die Lampen sehr stoßempfindlich sind.

LED-Leuchtmittel

Bei LED-Leuchtmitteln erzeugt ein Elektronenfluss durch einen Halbleiter (LED= light-emitting diode, Leuchtdiode) sichtbares Licht. Die eigentlich blaue Lichtfarbe wird durch eine spezielle Floureszenz-Schicht in weißes Licht umgewandelt. LED-Leuchtmittel haben eine hohe Lebensdauer und eine hohe spezifische Lichtausbeute (bis zu 250 lm/W). Deshalb haben sie heute die klassischen Glühlampen in akkubetriebenen Lampen fast völlig verdrängt.

Bauarten elektrischer Geleuchte

Akkukopflampen aus dem Bergbau

Darunter versteht man die bereits klassischen elektrischen Geleuchte aus dem Bergbau, der bekannten Hersteller CEAG, Friemann & Wolf oder auch Northern Lights. Sie haben einen separat am Gürtel zu tragenden schweren Akku, der zwar äußerst robust, aber in Engstellen behindernd ist. Der Akku ist mit dem am Helm über einen Steckschuh angebrachten Kopfteil über eine Leitung verbunden. Die Leitung ist eine Fangstelle und das empfindlichste Bauteil der Konstruktion. Geladen wird dieser Lampentyp am Kopfteil über eine spezielle Vorrichtung, auf dem das Kopfteil durch Verdrehen aufgesetzt wird. Die Bauteile sind wegen des Explosionsschutzes nur mittels spezieller Werkzeuge (Dreikant, Magnet) zu öffnen. Der Vorteil dieser Lampen liegt darin, dass sie heute wegen großer noch vorhandener Stückzahlen für kleines Geld erworben werden können und zahlreiche Ersatzteile aus Zechenbeständen verfügbar sind. Weiterhin kann man mit etwas handwerklichen Geschick die Glühlampen auf LED-Leuchtmittel umbauen. Durch die vorhandene hohe Akkukapazität (siehe Stromquellen) erhält man dann eine sehr lange Leuchtdauer. Anleitungen hierzu finden sich im Forum der GAG.

Kopflampen mit LED-Technik (Bergbau)

Moderne Kopflampe aus dem Bergbau mit LED-Technik

CEAG & Co. werden im aktiven Bergbau mehr und mehr von kompakten Kopflampen auf LED-Basis verdrängt, die ebenfalls eine Bergbauzulassung (Ex-Schutz) haben. Der Akku ist in den Lampenkopf integriert, das lästige Kabel und der Akkukasten entfallen. Im Unterschied zu den nachfolgenden Stirnlampen aus dem Outdoor-Bereich haben die Bergbaulampen einen Ladestecker für den Einsatz in Mehrfachladestationen und eine Aufnahme für den Helmschuh üblicher Bergbauhelme. Der Anschaffungspreis liegt mit Preisen um 200 € deutlich über den der meisten Stirnlampen, dieses liegt an den Kosten für die Bergbauzulassung bzw. nach ATEX (Ex-Schutz). Einige Hersteller bieten günstigere Versionen ohne Ex-Schutz für Höhlenforscher und den Outdoorbereich an. Die bekannsten Vertreiber sind: KSE Lights in Gevelsberg, KLT Lichttechnik in Hagen oder Durstmüller in Lambach (A).

Stirnlampen mit LED-Technik

Diese Lampen findet man in hoher Modellauswahl für Outdoor und Sport auf dem Markt. Halogenlampen spielen wegen der oben genannten Vorteile der LED-Technik nur noch bei wenigen Ausführungen eine Rolle. Das untere Preissegment beginnt bei No-Name-Produkten bereits bei unter 10 €, die dann aber nicht besonders gut verarbeitet und mitunter nicht wasserdicht sind. Als Notgeleucht taugen sie allemal. Dann folgt ein mittelpreisiges Segment von 20 bis zu 150 €, in dem sich auch viele bekanntere Modelle bewegen. Aber auch oberhalb 150 € gibt es noch deutlich Spielraum nach oben.

Der wesentliche Unterschied dieser Stirnlampen zu ihren Bergbaupedanten besteht im fehlenden Ex-Schutz und nicht vorhandener Gruppenladefähigkeit, sowie in einer anderen Art der Befestigung: Die Anbringung am Kopf bzw. in unserem Fall am Helm erfolgt durch eine verstellbare, elastische Bänderung (Helm- oder Kopfspinne). Viele Bergsteigerhelme besitzen daher spezielle Kunststofflaschen zur Arretierung der Helmspinne. Es gibt Bauarten mit integrierten Akku als auch mit einzelnen Akkukästen, die aber auch am Kopf getragen werden. Zum Teil können Standardakkus und redundant Batterien (z.B. AA) eingesetzt werden.

Eine generelle Kaufempfehlung auszusprechen, ist wegen der großen Auswahl schwierig und ein Stück weit Geschmackssache. Weiter hilft da auch das Forum der GAG. Eine gewisse Verbreitung in der Altbergbauszene haben Stirnlampen der Hersteller Petzl, Princeton und Fenix aus der mittleren Preisklasse. Die besonders für die Anwendung in der Höhlenforschung konzipierten Lampen der schweizer Firma Scurion zeichnen sich durch eine exzellente Verarbeitung und sehr hohe Lichtausbeute aus. Allerdings wird hier je nach Modell die 1000-€-Grenze angekratzt!

Stablampen (Taschenlampen)

Verschiedene LED-Stablampen: rechts kompakte Taschenlampe, ideal als Notlicht; mitte normale Taschenlampe; rechts Starklichttaschenlampe.

Die auch als Taschenlampen bekannten Stablampen sind in noch größerer Auswahl erhältlich. Als Befahrungsgeleucht wegen der Bindung der Tragehand ungeeignet, erfreuen sie sich großer Beliebtheit zum Ausleuchten großer Grubenbaue zum Fotografieren und Filmen, speziell in der sogenannten "Wedeltechnik". Durch die Verwendung leistungsfähiger Cree-LED-Leuchtmittel haben sogenannte Starklichttaschenlampen hohe Lichtströme, die sie für die vorgenannte Anwendung prädestinieren. Allerdings ist zu beachten, dass die Angaben der Leuchtkraft der zumeist chinesischen Hersteller doch häufig übertrieben werden. Kompaktere Lampen eignen sich besonders als Notgeleucht, man kann sie auch mit Kabelbindern über die Lüftungsschlitze am Helm anbringen. Wer sich umfassend über dieses Thema informieren will, der sei an das Taschenlampen-Forum verwiesen.

Der Vollständigkeit halber sollen noch elektrische Geleuchte aus dem Bergbau älterer Bauart erwähnt werden: Es sind die Handlampen, die sogenannten Bomben als Vorläufer der Kopflampen und die Brustlampen der Steiger (Blitzer). Diese sind aber nur für den Grubenlampensammler von Bedeutung.

Stromquellen

Zum einen sind als Stromquellen für die Beleuchtung Trockenbatterien einsetzbar. Die früher üblichen Kohle-Zink-Batterien sind nicht mehr sinnvoll zur Befahrung einzusetzen, besser sind die unter den Namen Alkaline vertriebenen Alkali-Mangandioxid-Zellen mit einer wesentlich höheren Kapazität. Insgesamt geht aber die Verwendung von Batterien schnell ins Geld, so daß man außer für Not- oder Zusatzgeleuchte zu Akkus (Akkumulatoren) greift. Die speicherbare Strommenge und damit den Energieinhalt von Akkus und auch Batterien (Kapazität) gibt man in Amperestunden (Ah) an; einem Akku von 48 Ah können also 12 Stunden hindurch 4 A entnommen werden, bis er leer ist. Akkus entladen sich prinzipiell selbst, ein Nachladen vor der Befahrung ist daher angebracht, wenn der Akku ein halbes Jahr zuvor das letzte Mal geladen wurde. Die in der Praxis verwendeten Akkus sind der Blei-Akku und der NC-Akku (Nickel-Cadmium).

Bleiakkus

Im Blei-Akku läuft beim Entladen die folgende Gesamtreaktion ab (beim Laden entsprechend umgekehrt): PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ ==> 2PbSO₄ + 2H₂O [8]. Als Elektrolyt kommt Schwefelsäure zum Einsatz, die bei den üblichen Akkus die Platten frei umspült, in den Bleigelakkus in Gelform gebunden ist, was einmal die Auslauffestigkeit verbessert und zum anderen der Plattenlagerung zugute kommt, die dichter gepackt werden können und so eine höhere Speicherdichte erlauben. Die Zellenspannung beträgt etwa 2 V. Die anwendungsüblichen Spannungen von 6 V und 12 V werden durch Reihenschaltung mehrerer Zellen erreicht. Geladen werden Bleiakkus mit 1,2 facher Nennspannung (ein 6V-Akku also mit 7V), dabei brauchen wartungsfreie Akkus (zum Beispiel Bleigelakkus) nicht geöffnet werden, während übliche Bleiakkus zum Entgasen (Bildung von Wasserstoff) geöffnet sein müssen. In solchen Fällen kann auch ein Nachfüllen erforderlich werden, wenn die Platten nicht mehr mit Elektrolyt überdeckt sind, man verwendet ausschließlich destilliertes Wasser.

Nickel-Cadmium-Akkus

Die Grubenlampen im deutschen Bergbau waren bis zur Einführung kompakter LED-Leuchten komplett mit NC-Akkus ausgerüstet, auch viele heute im Einsatz befindliche Gruben- und Höfolampen verwenden noch größtenteils NC-Akkus. Der NC-Akku basiert auf folgender Ladereaktion: Cd + 2NiOOH + 2H₂O ==> Cd(OH)₂ + 2Ni(OH)₂. Als Elektrolyt dient etwa 20%ige Kalilauge, die Entladespannung beträgt etwa 1,3 V je Zelle [8]. Geladen werden NC-Akkus stromgeführt etwa 12 Stunden mit 1/10 der Nennkapazität (also bei 13 Ah 12 Stunden mit 1,3 Ampere). Entgasungen treten bei Überladung auf. Generell müssen Tiefentladungen, erst recht die Lagerung im tiefentladenen Zustand, vermieden werden, die Lebensdauer des NC-Akkus sinkt sonst rapide. Ein Nachfüllen des Elektrolyts kann bei starker Entgasung des Akkus oder zur Regenerierung erforderlich werden, im letzteren Fall wird der Akku mehrmals im ungeladenen Zustand mit Kalilauge gespült, anschließend 5 bis 10 mal ge- und wieder entladen. Ein NC-Akku bricht nicht so schnell zusammen wie ein Bleiakku, das Nachlassen der Akkuladung kündigt sich sehr zeitig an, während ein Bleiakku vom ersten Schwächerwerden bis zu völliger Dunkelheit bisweilen nur eine Stunde braucht.

Eigenbau von Stromquellen

Kapazitäts- und Lichtstärkenproblemen bei Standardgeleuchten kann man durch Eigenbauten abhelfen. Man verwendet Laptop-Akkus (zum Beispiel erhältlich über Conrad Electronics), in denen die größtmöglichen Speicherdichten realisiert werden. Als Gehäuse dienen entweder Standardgehäuse oder - robust, paßgenau und billig - Einweg-Laminatgehäuse.

Dafür man wickelt die fertig verschalteten Akkus (Kontakte nochmal gut mit Polfett einfetten) zunächst in Plastik ein, um das Laminat später noch einmal abzubekommen. Dann wickelt man das Päckchen in Glasfasermatten (oder Mullbinden) ein und laminiert mehrere Schichten. Das dafür benötigte Material gibt es zum Ausbessern von Fahrzeugen im Baumarkt oder jedem Modellbaubedarf. Die Kabeldurchführungen werden zunächst mit Laminat als Tüllen angeformt und mit Elektriker-Kaltschweißband (auch im Baumarkt) sorgfältig abgedichtet. Die Laschen für den Lampenriemen werden gleich mit einlaminiert. Als Lampenkopf nutzt man am günstigsten einen normalen Grubenlampenkopf, den man im Fernlicht mit einer Halogenlampe bestückt. Man lädt die Lampen zweckmäßig ebenfalls über den Lampenkopf, am günstigsten werden im Kopf, also im wassergeschützten Bereich, Steckbuchsen zum Laden angebracht. So ein Gehäuse bekommt man im Falle eines Defektes nur wieder auf, indem man die Laminatschicht möglichst tief einschneidet (alte Dreikantfeile, Metallsäge oder Flex) und dann stückweise herausbricht.

Ladegeräte

Spezielles Tischladegerät für Akkukopflampen mit eingesetztem Geleucht.

Ist man mit elektrischem Hauptgeleucht unterwegs, empfiehlt es sich, ein dem Geleucht entsprechendes Ladegerät zuzulegen, mit Ladezustandsüberwachung, Überladeschutz und so weiter. Die Geräte sind nicht billig, und man kann den gleichen Effekt mit einem billigen Ladegerät, Stellwiderständen und einem Universalmeßgerät erreichen - das erfordert aber für ein stets optimal einsatzbereites elektrisches Geleucht erhebliche Sorgfalt und Zeitaufwand beim Laden.

Einzelnachweise

[8] CD RÖMMP Chemie Lexikon, Version 1.0. Stuttgart, New York: Georg Thieme Verlag, 1995