DE217416C

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Publication number: DE217416C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE

'CiRUPPE

HARTMANN & BRAUN AKT-GES. in FRANKFURTa. M. und EMMANUEL AMEDEE della SANTA in IXELLES b. BRÜSSEL.

Gefahranzeiger für Gruben. Patentiert im Deutschen Reiche vom 25. April 1907 ab.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein auf elektrischer Temperaturmessung beruhender Gefahranzeiger für Gruben, welcher gegenüber bekannten älteren, für den gleichen Zweck vorgeschlagenen Anordnungen wesentliche technische Verbesserungen aufweist. Bei den erwähnten älteren Gefahranzeigern wird eine katalytisch wirksame Substanz benutzt, welche bei Gegenwart von Schlagwettern eine

ίο Temperaturerhöhung erfährt, deren Größe durch elektrische oder mechanische Mittel verhältnismäßig ungenau angezeigt wird und nur einen näherungsweisen Schluß auf den Schlagwettergehalt der betreffenden Grube zuläßt.

Eine derartige Einrichtung ist zwar geeignet, über das Vorhandensein von Schlagwettern Aufschluß zu geben, dagegen wird beim Vorkommen sogenannter schwerer Wetter, welche Erstickungsgefahr bedingen, keine Wirkung auf die katalytische Substanz ausgeübt. Im Gegensatz hierzu ist der weiter unten beschriebene neue Wetteranzeiger geeignet, über die Beschaffenheit der umgebenden Luft ganz allgemein Aufschluß zu geben und außer für die Anzeige von Schlagwettern insbesondere auch für den Nachweis von schweren Wettern brauchbar, und zwar ist das dadurch erreicht, daß an Stelle der katalytisch wirksamen Substanz eine mit Flamme brennende Lampe benutzt wird. Durch Verwendung des eigenartigen Anzeigeapparates sind außerdem die Angaben des neuen Wetteranzeigers wesentlich genauer wie die aller bis jetzt bekannten, da Störungen durch Änderung der Meßbatterie u. dgl. nicht in Betracht kommen.

Es ist bekannt, daß gewisse Lampen, z. B. Benzinlampen, die Eigenschaft haben, mit einer Flamme von praktisch konstanter Größe zu brennen, wenn ihre Umgebung unveränderlich bleibt, mit Änderung der Zusammensetzung der umgebenden Luft aber auch ihre Flammenhöhe zu ändern. Man hat auch schon vorgeschlagen, durch die Lichtausstrahlung einer derartigen Lampe eine in ihrer Nähe angeordnete Selenzelle zu beeinflussen, so daß ein in den Stromkreis der Selenzelle eingeschalteter Strommesser einen von deren Belichtung abhängigen, mehr oder weniger großen Ausschlag gibt und dadurch auf die Zusammensetzung der die Lampe umgebenden Atmosphäre zu schließen gestattet. Eine derartige Einrichtung kann jedoch den beabsichtigten Zweck gar nicht oder doch nur sehr unvollkommen erfüllen, weil einerseits die Selenzelle eine sehr störende Trägheit besitzt und in beträchtlichem Grade von der umgebendeaTemperatur beeinflußt wird, während andererseits der Ausschlag des als Anzeigeapparat benutzten Strommessers oder Galvanometers nicht allein von der Selenzelle, sondern auch von Änderangen der Spannung des stromgebenden Elements abhängt. Alle diese Fehlet quellen sind vermieden durch die vorliegende Erfindung, bei der eine wesentliche Neuerung und Verbesserung darin besteht, daß nicht die Licht-, sondern die Wärmewirkung einer unter dem

Einfluß der Grubenluft brennenden und vom Wettergehalt abhängigen Flamme auf ein störungsfreies, direkt zeigendes oder registrierendes elektrisches Thermometer zur Wetteranzeige dient. Man erhält so in der Tat einen Apparat, der für genaue Beobachtung der jeweiligen Zusammensetzung der Graben luft geeignet ist, denn man weiß, daß z. B. die Flamme einer Wetterlampe sich um so mehr

ίο verlängert und um so heißer wird, je mehr der Schlagwettergehalt in der die Verbrennung unterhaltenden Luft ansteigt. Ebenso wird derselbe Apparat jeden Fehler in der Lüftung oder die Anwesenheit von schweren Gasen (Kohlensäure usw.) verraten, indem hierdurch eine Verkleinerung der Flamme und demgemäß eine Temperaturverminderung hervorgerufen wird.

Eine Ausführungsform des Apparates unter Benutzung eines thermoelektrischen Temperaturmessers ist in" Fig. 1 beiliegender Zeichnung dargestellt. Hier bezeichnet 1 eine Lampe, deren Flamme 2 so lange ihre normale Größe behält, als die Zusammensetzung der sie umgebenden Luft unverändert bleibt; 3 bezeichnet eine Schutzkappe aus Metallgewebe, die am unteren Teile mit einer Anzahl von Kühlflügeln 4 versehen ist. Oberhalb der Kappe 3 ist ein Kamin 5 aus feuerfestem und elektrisch isolierendem Stoffe angeordnet, in dem auf zwei gegenüberliegenden Seiten eine Reihe von Thermoelementen eingelassen sind, die eine thermoelektrische Batterie 6 bilden. Der äußere Stromkreis wird durch ein Galvanometer oder Voltmeter 9 geschlossen, dessen Zeiger 10 einen der Richtung und Stärke der in der Batterie erzeugten elektromotorischen Kraft entsprechenden Ausschlag gibt. Die Klemmen für den Galvanometeranschluß sind mit 7 und 8 bezeichnet.

Der Apparat arbeitet in folgender Weise: Die Kappe aus Metallgewebe 3 ist in ihrem unteren Teile mit Flügeln 4 versehen, die dazu dienen, den größten Teil der von der Flamme bei normaler Höhe erzeugten Wärme abzuleiten. Sobald aber die Flamme sich verlängert, wird der obere Teil der Kappe überhitzt. Da nun hier die Flügel fehlen, so erfolgt eine plötzliche Erwärmung des Gewebes, die Abkühlung vollzieht sich nach oben durch den Kamin 5, und zu gleicher Zeit entsteht eine bedeutend größere Erwärmung der Lötstellen der Thermobatterie, die dem überhitzten Luftstrom ausgesetzt sind. Diese Erhitzung wird um so stärker sein, je langer die Flamme wird und je mehr der Wärmeherd sich nach oben weiter ausdehnt, und ihr wird der Ausschlag entsprechen, den man an dem mit der Thermobatterie durch Leitungen verbundenen Galvanometer beobachtet.

Angenommen andererseits, die Luft sei verdorben und enthalte eine immer größer werdende Beimengung von Kohlensäure, Stickstoff oder einem anderen schweren Gase, dann wird sich das Wärmeemissionsvermögen der Flamme auch immer mehr vermindern, weil ein Teil der wirksamen Wärme durch die Erwärmung dieser schweren Gase aufgebraucht wird, die sich alsdann bei Berührung mit der verhältnismäßig großen Fläche, die das Metallgewebe der Kappe und die Flügel bieten, wieder abkühlen (Fig. 1). Der Zeiger des Galvanometers wird demgemäß einen weniger großen Ausschlag als vorher machen.

Der Zeigerausschlag des Empfangsapparates (Galvanometer, Voltmeter oder irgendein anderes Instrument) liefert also ein genaues Bild der Veränderungen, die sich in den Verhältnissen der zu untersuchenden Umgebung abspielen, und diese Beobachtungen können ebensogut in der Nähe des Gebers wie an irgendeinem anderen, beliebig gewählten Orte gemacht werden, zweckmäßigerweise in einem besonderen, über Tag liegenden Saale, der die Empfänger sämtlicher unter Tag angebrachten Apparate enthält.

Richtet man diese Empfangsapparate als registrierende Instrumente ein, so hat man die Mittel in der Hand, um die Lüftung im allgemeinen und die Gesetze der Entstehung von Wettern im besonderen zu studieren, und die Tatsache, diese Gesetze zu kennen, und die in jeder Grube vorher auftretenden charakteristischen Erscheinungen werden in außergewöhnlicher Weise gestatten, die Sicherheit in den Graben zu vermehren, weil man in der Lage sein wird, den Ereignissen zuvorzukommen.

Da die elektromotorische Kraft einer Thermobatterie von der Temperaturdifferenz der wechselnden Lötstellen abhängt, so ist es zur Erzielung genauer Meßergebnisse erforderlich, diejenige Gruppe von Lötstellen der Thermobatterie, welche der veränderlichen Flammenwärme nicht ausgesetzt ist, auf einer einigermaßen konstanten Normaltemperatur zu halten. Man kann dieser Bedingung annähernd genügen, indem man in bekannter Weise Kühlflächen mit den letztgenannten Lötstellen verbindet, so daß diese auf der Temperatur der umgebenden Luft gehalten werden, falls man nicht etwa das umständlichere Verfahren anwendet, zur Kühlung ein Gebläse oder eine Kaltwasserleitung zu benutzen.

Eine größere Meßgenauigkeit kann indessen erreicht werden durch Verwendung zweier Lampen, von denen eine immer normal brennt, während die andere ihre Flammenhöhe entsprechend der Zusammensetzung der Grubenluft ändert. Die erstere Lampe kann gemäß Fig 2 in der Nähe der zweiten Lampe ebenfalls unter Tag, aber so aufgestellt werden, daß sie in einem besonderen, von der Gruben-

luft hermetisch abgeschlossenen und mit der Außenluft von normaler Zusammensetzung kommunizierenden Behälter sich befindet, und daß die Lötstellen der etwa aus Drähten hergestellten Thermobatterie einerseits der Normaltemperatur dieser Lampe und andererseits der vom Zustand der Grubenluft beeinflußten Temperatur der Wetterlampe ausgesetzt sin<J. Man kann aber auch die Normallampe über

ίο Tag anbringen und mit einer besonderen, mit der unter Tag befindlichen Thermobatterie gegeneinander geschalteten zweiten Thermobatterie verbinden (Fig. 3), und man wird in diesem Falle um so genauere Ergebnisse erhalten, je besser die Raumtemperatur in der Grube mit der des Ortes, wo die Normallampe aufgestellt ist, übereinstimmt. Das Voltmeter zeigt bei Verwendung zweier Lampen den Unterschied der Temperaturen der Normallampe und der Wetterlampe an. Ist dieser Unterschied gleich Null, so wird die Zusammensetzung der Grubenluft normal sein; ist sie positiv, entsprechend einer höheren Temperatur der Wetterlampe, so sind Schlagwetter vorhanden; ist sie negativ, d. h. hat die Wetterlampe eine unter der normalen liegende Temperatur, so muß man auf das Vorhandensein schwerer Gase schließen. Damit beide Ausschlagrichtungen, die positive wie die negative, gut beobachtet werden können, hat man also den Nullpunkt des Anzeigeinstruments gegen die Mitte der Skala zu verlegen.

Ganz umgangen wird die Schwierigkeit, welche die Eigenschaft des thermoelektrischen Temperaturmessers, immer den Temperaturunterschied beider Lötstellen anzuzeigen, mit sich bringt, wenn man zur Temperaturmessung an Stelle des thermoelektrischen das Prinzip des elektrischen Widerstandsthermometers benutzt. In diesem Falle wird einfach ein elektrischer Widerstand aus geeignetem Material ■— am besten Platin in Draht- oder Bandform — der von einer Wetterlampe erzeugten Wärme ausgesetzt und mittels eines geeigneten, über Tag aufgestellten Widerstandsmessers die Temperatur der Lampe gemessen. Dieser Widerstandsmesser ist als direkt und für jede Zeigerstellung unabhängig vom Meßstrom anzeigender Apparat eingerichtet, und seine Skala kann ebenso wie die des für die thermoelektrische Messung erforderlichen Voltmeters eine Bezifferung erhalten, die direkt den Prozentgehalt der Grubenluft an Schlagwettern oder schweren Gasen gibt. Ein Beispiel einer Ausführungsform des Wetteranzeigers mit elektrischem Widerstandsthermometer ist in Fig. 4 dargestellt. Der Widerstand 6 des Thermometers ist hier auf den Kamin gewickelt, der der besseren Wärmeleitung wegen aus einem Metallrohr mit einer dünnen, isolierenden Decke bestehen kann und durch zwei Fernleitungen mit dem Anzeigeapparat verbunden ist, der im wesentlichen zwei gekreuzte Multiplikatorspulen leicht drehbar in einem permanenten Magnetfelde und den der einen Spule vorgeschalteten Vergleichswiderstand enthält und dessen Zeigerstellung unabhängig von der Meßspannung ist. An Stelle dieses direkt zeigenden Apparates ist natürlich auch ein entsprechend eingerichteter Registrierapparat verwendbar.

Claims

Patent-An Sprüche:

1. Gefahranzeiger für Gruben, bei welchem die durch Druck, Temperatur und Zusammensetzung der Grubenluft beeinflußte Wärme eines Stoffes auf einen elektrischen Temperaturmesser einwirkt, um mittels in beliebiger Entfernung von der Grube bzw. von dem zu untersuchenden Räume aufstellbarer Apparate direkt und eindeutig die Temperatur dieses Stoffes und damit den Grad der Gefahr einer Explosion oder der Unatembarkeit des Gasgemisches am Orte der Untersuchung anzuzeigen oder zu registrieren, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit offener Flamme brennender Stoff Verwendung findet, um auch den Nachweis aller Ursachen erbringen zu können, die die Explosionsgefahr oder die Unatembarkeit des untersuchten Mediums in irgendwelcher Weise beeinflussen können, indem die von den obengenannten Ursachen abhängige, von der Flamme ausgestrahlte Wärme von einem bei normal zusammengesetzter reiner Luft gegebenen mittleren Wert zu einem höheren Werte steigt, wenn die Explosionsgefahr als Funktion aller in Frage kommenden beschriebenen Faktoren sich vergrößert, bzw. zu einem niederen Werte sinkt, wenn die Explosionsgefahr abnimmt, oder wenn die Unatembarkeit der Luft zunimmt.

2. Gefahranzeiger für Gruben nach An-•spruch i, gekennzeichnet durch die Verwendung eines thermoelektrischen Temperaturmeßapparates, dessen Angaben auf eine bestimmte Normaltemperatur dadurch bezogen sind, daß die eine Gruppe der Pole der Thermobatterie sich unter Abschluß der Grubenluft mit einer zugehörigen Wärmequelle in einem mit der Außenluft kommunizierenden, also nicht hermetisch geschlossenen Behälter befindet, so daß eine genaue Anzeige der Größe und Art der Gefahr erzielt wird.

3. Gefahranzeiger für Gruben nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Verwendung eines thermoelektrischen Temperaturmessers, dessen Angaben auf eine bestimmte Normal temperatur dadurch be-

zogen sind, daß zwei entsprechend geschaltete Thermobatterien nebst Wärmequellen verwendet werden, von denen die eine in der Grube, die andere außerhalb ,der Grube aufgestellt ist.

4. Gefahranzeiger für Gruben nach Anspruch i, gekennzeichnet durch Verwendung eines Widerstandsthermometers, dessen direkt ablesbare Angaben eindeutig auf eine bestimmte Normaltemperatur dadurch bezogen sind, daß ein von der Flamme der Wetterlampe erwärmter Widerstand verglichen wird mit einem in normaler Temperatur untergebrachten Vergleichswiderstand, wobei infolge der besonderen, an sich bekannten Konstruktion und Schaltung des Anzeigeapparates die von der Luftbeschaffenheit in der Grube abhängige Temperatur des Termometerwiderstandes bzw. die Luftbeschaffenheit selbst unbeeinflußt von Änderungen der Meßspannung angezeigt wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.