Das Karbidgeleucht
Beim Karbidgeleucht wird das Licht durch die Verbrennung des Gases Acetylen (Ethin, Äthin, Aze), C2H2, erzeugt.
Inhaltsverzeichnis
Aufbau und Funktionsweise
Acetylen ist im chemisch reinen Zustand ein farb- und geruchloses Gas mit der etwa 0,9 fachen Luftdichte. Bei der Herstellung aus technischem Karbid (Calciumcarbid, CaC2, in Sachsen zum Beispiel über Chemikalienhandlung Wohlfarth) ist es zwar noch farblos, aber an einem charakteristischen Geruch leicht zu erkennen. Dieser rührt von Verunreinigungen durch Schwefelwasserstoff, Phosphorwasserstoff, Ammoniak sowie organischen Schwefel- und Phosphor-Verbindungen her. Daher sollte man nicht längere Zeit aus dem Karbidschlauch atmen. Reinstes Acetylen hatte Bedeutung als Narkosegas und wirkt beim Einatmen bei Konzentrationen von 12 Volumenprozent narkotisch, bei Konzentrationen über 50 % nach 10 min tödlich. Beim technisch verunreinigten C2H2 liegen diese Grenzen wesentlich niedriger.
Acetylen entzündet sich oberhalb 305°C und verbrennt an der Luft mit einer stark leuchtenden Flamme von 1900°C [8]. Diese Temperatur wird Hosenböden, Gummisachen und speziell Haaren schnell zum Verhängnis. Auch über Tage ist Vorsicht walten zu lassen, ein kleiner Waldbrand ist schnell und meist dann erzeugt, wenn man ihn nicht erwartet. Einer der Autoren hebt hier den Zeigefinger aus eigenem Erleben, da er sich bei einer solchen Gelegenheit in einem stark einziehenden Stollen bald selbst ausgeräuchert hätte. Gemische mit Luft sind im Bereich von 1,5(!!)–82 Volumenprozent Acetylen explosiv, daher besonders beim Karbidwechsel: Vorsicht! Auch undichte Karbidschläuche können nachdrücklich auf ihre Existenz hinweisen, wenn es dem ausströmenden Gas gelingt, sich zum Beispiel in Gummi-Übersachen zu sammeln. Man erhält bei der chemischen Umsetzung mit Wasser gemäß CaC2 + 2H2O ==> C2H2 + Ca(OH)2 aus 1 kg Karbid etwa 270 l Acetylen. Je nach Düsengröße (und der damit beeinflußbaren Lichtstärke) erreicht man damit eine Leuchtdauer von 15...40 h, während einer Stunde wird dabei der Sauerstoff aus 0,13...0,36 m³ Luft verbraucht [8]. Die Reaktion verläuft unter Wärmeabgabe (man hat immer eine angenehme Wärmflasche dabei) und unter Volumenzunahme, daher sollte der Entwickler immer nur bis etwa drei Viertel mit Karbid gefüllt werden.
Der entstehende Karbidschlamm besteht größtenteils aus Calciumhydroxid, welches mit der Luftkohlensäure zu Kalk, mit Schwefelsäure zu Gips oder mit anderen Säuren zu den entsprechenden Reaktionsprodukten abbindet. Prinzipiell also problemlos zu entsorgen, sollte es schon aus ästhetischen Gründen auch aus dem Altbergbau wieder mit nach übertage gebracht werden. In Gewässer, auch im Grubenwasser, soll man den Karbidschlamm gleich gar nicht entsorgen, da die entstehende basische Lösung für Tiere und Pflanzen giftig ist. Außerdem verbleiben im Karbidschlamm oft unverbrauchte Karbidreste, das heißt bei der Entsorgung in der Grube besteht das Risiko unerwünschter Gasentwicklung. Am einfachsten und auch in [5], Ausgabe 9 empfohlen, ist die Entsorgung über den Hausmüll (in Plastiktüten verpackt wegen des Geruchs).
Der Einsatz von Karbidlampen im Bergbau hat schon eine lange Tradition, speziell im Wismut-Bergbau bis Ende der 50iger Jahre war die Karbidlampe das Standardgeleucht. Karbid ist leicht auch unter Tage nachzufüllen, man kann problemlos eine Wochenration Karbid mitnehmen, und es gibt eigentlich keinen Defekt an einer Karbidlampe, der sich nicht auch unter Tage beheben ließe. Aus dieser Sicht also das optimale Geleucht! Auch das früher umständliche Zünden ist kein Problem mehr – modernere Karbidlampen haben einen Piezozünder, der auch in sehr feuchten Situationen ein sicheres Zünden ermöglicht. Erst die Verbreitung leistungsfähiger und stromsparender LED-Lampen hat das Karbidgeleucht unter Altbergbaubefahrern und Höhlenforschern in der jüngeren Vergangenheit verdrängt.
Das Karbidlicht ist ein räumliches Licht, der befahrene Hohlraum wird nicht nur punktförmig angestrahlt, sondern ausgeleuchtet, was dem über Tage gewohnten Sehen nahekommt und ein angenehmes Sehgefühl schafft. Daher ist es gut geeignet, Dinge „mit den Augenwinkeln“ wahrzunehmen, was speziell bei gründlichen Aufnahmen sehr von Vorteil ist. Dafür nimmt die Beleuchtungsstärke mit der Entfernung stark ab, und das Hineinleuchten in kleine Hohlräume oder das Ausleuchten von Schächten ist nicht möglich. Die Lichtfärbung des Karbidgeleuchtes ist geringfügig anders als die des Tageslichtes, deswegen dominieren bei Karbidbeleuchtung warme Braun- und Gelbtöne. Das ist auch beim analogen Fotografieren zu beachten – die Tageslichtfilme sind auf eine andere Farbtemperatur als die der Karbidlampe eingestellt, weshalb man bei Karbidlicht besser Kunstlichtfilm verwendet.
Die Lampe selbst zerfällt in den Brenner mit Reflektor, der am Helm montiert wird, und den am Körper zu tragenden Gasentwickler, beide durch einen Gasschlauch verbunden. Bei ganz kleinen Lampen kann auch der Gasentwickler am Helm montiert sein. Übliche Materialien für den Gasentwickler oder kurz Entwickler sind Kunststoff und verzinktes oder lackiertes Stahlblech. Die Verwendung von Kupfer oder kupferhaltigen Materialien beim Umgang mit Karbid und Acetylen ist unzulässig, um die Bildung von explosiven Kupferkarbid zu verhindern. Blech ist korrosionsanfälliger als Kunststoff, was aber bei guter Pflege kein Problem ist. Gute Pflege bedeutet vor allem trockene Lagerung – ob mit oder ohne Karbidfüllung, ist Geschmackssache. Feuchter Karbidschlamm dagegen ist der rasche Tod des Blechentwicklers.
Der Gasentwickler beinhaltet den Wassertank und den Karbidbehälter, beide durch den „Tropfenzähler“ verbunden – dies ist eine Düse mit innenliegender Regelschraube. Das Wasser tropft auf das Karbid, das sich entwickelnde Gas wird gesammelt und dem Brenner zugeführt. Den Aufbau eines Karbidentwicklers zeigt die Abbildung Karbidlampe im Schnitt. Der Entwickler wird am Gürtel oder an einen Riemen über der Schulter befestigt und der Schlauch hinter dem Rücken zum Helm und zum Brenner geführt. Man sollte aber berücksichtigen, daß man den Entwickler zur Passage von Engstellen oder zum Wasserschöpfen leicht losbekommen muß.
Der Brenner besteht aus der eigentlichen Düse, dem Zünder und dem Reflektor (Alu, poliertes, verchromtes oder hochlegiertes Stahlblech). Der Reflektor ist schnell so verrußt, dass man ihn nicht mehr sauber bekommt. Dann schluckt er den Anteil Licht, den er eigentlich reflektieren soll. Abhilfe schafft ein Stück Alufolie, welches um den Reflektor geformt wird und einfach zu wechseln ist. Reflektoren aus Stahlblech kann man leicht abschmirgeln, von verchromten Reflektoren läßt sich der Ruß leicht abwischen. Die Düsen, früher aus Metall und / oder Speckstein, wurden heute bei den neueren Lampen aus Keramik gefertigt, was eine höhere Standzeit der Ausströmöffnungen auch bei häufigem Reinigen bedeutet. Nuddeln diese Schlitze aus (durch häufiges Reinigen mit dem üblicherweise verwendeten dünnen Stahldraht), bildet das ausströmende Gas keinen Fächer (Abbildung Optimale Karbidflamme) mehr, sondern eine Säule, die Lichtleistung geht bei gleichem Gasverbrauch zurück. Es gibt unterschiedliche Düsengrößen. Die Größenangabe bezieht sich auf den Gasverbrauch (Liter/h), erhältlich sind Düsen zwischen 5 und 30 l/h. Für übliche Befahrungen im Altbergbau haben sich Düsen von 14 oder 21 Litern bewährt. Der Zünder ist, wie schon erwähnt, ein Piezozünder – in einem Quarzkristall werden mechanisch erzeugt Spannungen in elektrische Energie umgesetzt, die als Zündfunke verwendet wird. Auch in sehr feuchten Bereichen funktioniert das sicher, wenn auch nicht immer beim ersten Mal. Zur Befahrung vorbereitet wird das Karbidgeleucht, indem der Karbidtank gefüllt wird. Besonders geeignet ist Karbid in den Körnungen von 30 bis 50 mm. Bei dieser Größe bleiben genügend Hohlräume zwischen den Brocken, die der Karbidschlamm ausfüllen kann. Außerdem kann man das verbrauchte Karbid leicht vom Frischen trennen, was bei kleineren Körnungen schwierig ist. Beim Formatieren größerer Karbidbrocken ist das Tragen einer Schutzbrille ein Muß - ein Splitter des extrem harten und spröden Materials im Auge richtet im Verbund mit der Laugenentwicklung nicht wieder gutzumachende Schäden an!
Viele Befahrer verpacken das Karbid in einen alten Strumpf und füllen es so in den Karbidtank – es lässt sich so besser handhaben, das Wasser wird durch die Kapillarwirkung gleichmäßig über die gesamte Oberfläche verteilt, der Reinigungsaufwand wird geringer und der überstehende Strumpf verhindert ein Überfüllen des Tanks - vom sich ausdehnenden Karbidschlamm wird er zusammengedrückt. Die Ariane von Petzl wird zu diesem Zweck mit einem speziellen Schwamm ausgeliefert, auf den man dann verzichten kann. Man kann mehrere solche Strümpfe vorbereiten und hat dann wenig Aufwand beim Karbidwechsel unter Tage, allerdings wird sich im gewechselten Strumpf immer noch unverbrauchtes Karbid befinden. Oben auf den gefüllten Karbidtank gehört noch ein Filtervlies oder ein Sieb, welches die Wasserschraube und das allgemein schwer zugängliche Unterteil des Wassertanks vor Verunreinigungen schützt. Ein so vorbereiteter Entwickler kann ziemlich lange auf seinen Einsatz warten - zweckmäßigerweise also gleich nach der Befahrung wieder fertigmachen. Wenn es mal schnell gehen soll (Rettung!) verstreicht sonst überflüssig Zeit. Lediglich bei sehr langer Lagerung (>1/2 Jahr) besteht die Gefahr, daß sich zuviel Karbid durch die Luftfeuchte zersetzt, dann sollte man vor der Tour schon noch mal nachsehen.
Der Wassertank wird dagegen erst befüllt, wenn es ernst wird – völlig dicht schließt keine Wasserschraube. Die Gasentwicklung wird über die Wasserzufuhr reguliert, ein Öffnen der Wasserschraube führt zu einer vermehrten Gasentwicklung. Allerdings ist dabei eine gewisse Trägheit (3 bis 10 min) zu beachten, die sich mit einem Karbidstrumpf noch vergrößert.
Zur Mitnahme des verbrauchten Karbids von unter Tage empfiehlt sich entweder eine Chemikalienflasche, eine spezielle Dose (am besten mit integriertem Karbidsieb, Abbildung Spezielle Karbiddose), oder das Einknoten in Plastetüten (Abbildung ALDI-Ortlieb).
Das frische Karbid wird am besten in kleinen Plastik-Chemikalienflaschen untergebracht. Diese sollten schlagzäh auch bei Kälte sein – und wasserdicht. Jeder Befahrer führt sein eigenes Reservekarbid mit, weil der Mann mit den Ersatzkarbid sowieso immer bei der anderen Gruppe ist.
Beliebte Probleme bei der Verwendung von Karbidlampen und ihre Lösung
- Läßt die Gasentwicklung nach, obwohl noch genügend Karbid im Entwickler ist, hilft es oft, lediglich den gebildeten Karbidschlamm zu entfernen.
- Für verdreckte Düsen ist standardmäßig ein Drahtbesen am Lampenkopf. Diesen aufdrieseln, und mit einem ausgerichteten Einzeldraht die Düse durchstoßen. Je nach Düse gibt es manchmal zwei Düsenbohrungen, welche zusammen eine breit gefächerte Flamme erzeugen, manchmal auch nur einen besonders geformten Schlitz. Ist nur eine der Bohrungen frei oder der Schlitz verdreckt, bildet sich nur eine einseitig brennende schmale Flamme aus. Statt des Düsenbesens kann man auch eine andere Düsennadel, zum Beispiel vom Benzinkocher, verwenden. Natürlich muß die Flamme vor dem Reinigen der Düse gelöscht werden, da kein Stahldraht die Hitze aushält. Ist kein Düsenreiniger zur Hand, oder man kann den Helm gerade nicht absetzen, hilft nur eins: Düse herausschrauben, abkühlen lassen, Mund auf, Augen zu, Düse durchlutschen - und kräftig ausspucken! Vorsicht heiß! Das ist zwar nichts für hygienisch angehauchte Geschmäcker, aber man bekommt so die Düse auch alleine frei (ohne daß ein zweiter leuchten muß) und muß den Helm nicht absetzen.
- Kritisch sind die Übergänge vom Entwickler an den Gasschlauch, egal bei welchem Fabrikat. Bei gebrochenem Schlauch bewährt sich als erste Hilfe Isolierband. Ist der Schlauch am Ansatz gebrochen (in der Regel wird das so sein) scheidet man ihn ab und schiebt ihn neu auf. Bei jeder Reparatur geht ein Stückchen Gewebeschlauch drauf - den kann man als Ersatzteil nachkaufen, aber auch ohne weiteres durch normalen Benzinschlauch ersetzen.
- Aus dem Wassertank kann nur dann Wasser nachlaufen, wenn welches drin ist. In der Regel muß Wasser aller 2 bis 3 Stunden nachgefüllt werden, also wesentlich häufiger als Karbid! Die durch den „Tropfenzähler“ gelangende Wassermenge und damit die Gasentwicklung hängt auch vom Füllstand des Wassers im Tank ab, sie wird bei sinkendem Füllstand geringer, die Wasserschraube muß also nachreguliert werden. Wasser läuft immer nur von oben nach unten - nach einer halben Stunde waagerechter Lage geht die beste Lampe aus. Ein Lehmbatz um die Wasserschraube verhindert das Nachlaufen von Wasser ebenfalls - probehalber die Wasserschraube ganz herausdrehen und anschließend wieder einsetzen.
- In den Wassertank muß Luft nachströmen können. Dazu gibt es meist eine Extraöffnung oder einen Schlauch, welcher der Luft auch zugänglich sein muß. Bei der Ariane von Petzl ist das zum Beispiel der schwarze Überschlauch über dem Gasschlauch. Zur Not hilft manchmal kräftiges Hineinblasen in diesem Luftschlauch, auch zur Entfernung etwaigen Drecks.
- Will die Lampe partout nicht brennen, und dies in Situationen, wo man keine Lust und Muße zur gründlichen Fehlersuche oder Reinigung hat, wirken oft zwei, drei heftige Schläge mit dem Entwickler gegen den Stoß Wunder – festgesetzter Dreck oder Karbidschlamm löst sich, und es geht wieder weiter. (Man sollte dies aber nur im standfesten Gestein probieren!). Bei hartnäckigen Beschwerden und „Anlaufträgheit“ kann man auch einen Warmstart probieren – den Karbidtank aufschrauben, einen kleinen Schwapp Wasser aufs Karbid und zügig wieder zuschrauben. Bei der Ariane von Petzl geht das beispielsweise mit abgeschraubtem Entwicklerunterteil ganz gut.
Zubehör zu Karbidlampe
- Jede Schraube sollte auch unter Tage gelöst werden können, entsprechendes Werkzeug passend zum Geleucht sollte mit dabei sein.
- Isolierband zur Abdichtung von schadhaften Schläuchen.
- Eine kleine Wasserflasche zum Schöpfen aus flachen Pfützen und Befüllen in trockenen Strecken.
Pflege der Karbidlampe
Die Karbidlampen sind sehr pflegeleicht, dennoch sollte nach der Befahrung der feuchte Karbidschlamm entfernt und grober Dreck am Entwickler beseitigt werden. Nebenbei kontrolliert man noch die Dichtung des Behälters. Je nach Verschlammungsgrad der befahrenen Baue und des benutzten Wassers muß der Entwickler nach einigen Befahrungen völlig zerlegt, die Einzelteile einzeln gesäubert und wieder zusammengebaut werden. Unterläßt man dies längere Zeit, häufen sich schließlich Ärger und Probleme im Betrieb der Lampe. Den Piezozünder kann man bedenkenlos mit Wasser ausspülen, er muß aber trocknen, bevor er wieder zündet. Reinigt man die Düse unter Wasser, trocknet man sie zweckmäßig vor dem Einbau, um Anlaufschwierigkeiten mit einem die Düse verstopfenden Wassertropfen zu vermeiden.
Karbidlagerung
Karbid entzieht auch bei der Lagerung der Umgebungsluft die Feuchtigkeit und zersetzt sich dabei. Empfehlenswerte Lagerbehälter sind daher dichtschließende Behältnisse wie Curver-Tonnen oder Munitionskisten. Weckgläser gehen auch, sind jedoch nicht bruchfest und als Lebensmittelbehältnisse für die Lagerung von Chemikalien unzulässig. Bei Lagerung größerer Mengen (>10 kg) greifen die Lagervorschriften der „Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV)“ vom 27.09.2002 und der „Technischen Regeln für Acetylenanlagen und Calciumkarbidlager (TRAC 209“ vom 01.11.1982, nach denen Karbid zum Beispiel nicht in Kellern oder Aufenthaltsräumen gelagert werden darf und die Behältnisse deutlich zu kennzeichnen sind [5]. Meist kauft man das Karbid in größeren Gebinden (üblich sind 100 kg-Trommeln), deren Verschluß zum öfteren Öffnen und Schließen ungeeignet ist. Man kann ihn zusätzlich mit Klebeband abdichten, schleppt aber trotzdem jedesmal beim Öffnen feuchte Umgebungsluft ein. Besser füllt man jeweils den Bedarf für einige Befahrungen in ein kleineres Gefäß um, um nicht jedesmal das ganze Faß zu lüften.
Einzelnachweise
[5] Arbeitskreis Höhlenrettung im Verband der deutschen Höhlen- und Karstforscher e.V., unregelmäßige Beilage zu den Mitteilungen des VdHK
[8]CD RÖMMP Chemie Lexikon, Version 1.0. Stuttgart, New York: Georg Thieme Verlag, 1995
