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Fördermaschinen

[757] Fördermaschinen (hierzu Tafel »Fördermaschinen I u. II«), Maschinen zum Befördern von Bergwerkserzeugnissen, und zwar Streckenfördermaschinen zum Weiterbefördern der Erzeugnisse auf ebener Bahn unter Tage (s. Bergbau, S. 667f.) und Schachtfördermaschinen oder schlechthin F. zum Fördern von Personen und Lasten aus Schächten, meist mit bedeutender Geschwindigkeit. Der Antrieb der F. erfolgte bisher in der Regel durch Dampf, früher bisweilen durch Wasser, neuerdings elektrisch. Wesentlicher Bestandteil der F. ist eine Trommel (Treibkorb, Seiltrommel, Fördertrommel, Seilkorb), um die das Förderseil[757] herumgeschlungen ist. Ein Seilende ist auf der Trommel befestigt, das andre hängt frei in den Schacht hinab. Durch Drehen der Trommel und dadurch bewirktes Aufwinden des Seiles wird die an dem freien Ende hängende Last gehoben. Meist sind zwei solcher Trommeln (zweitrümige Förderung) vorhanden, wobei die eine Last unten angekommen ist, wenn die andre oben ist. Die Fördermaschine steht seitlich vom Schacht, daher erfolgt die Führung der Seile über Seilscheiben in den Schacht (Fig. 1). Erforderlich ist bei jeder Fördermaschine eine sicher wirkende Bremse, um die Förderschale, auf der sich die zu fördernde Last befindet, an jeder Stelle des Schachtes festhalten zu können; ferner ein Teufenzeiger, der dem Maschinisten anzeigt, wo sich die beiden Förderschalen im Schacht befinden.

Fig. 1. Anlage einer Fördermaschine.

In der Regel ist auch noch eine Sicherheitsvorrichtung vorhanden, die verhüten soll, daß die Maschine zu schnell läuft, und daß die Förderschale zu hoch gehoben wird. Eine Fördermaschine muß umsteuerbar sein, d. h. sie muß vorwärts und rückwärts laufen können. Daher Steuerung der Dampfmaschinen vermittelst Kulissen (Stephenson oder Gooch) oder vermittelst verschiebbarer Knaggen (Kraft-Brialmontsche Steuerung). Da die Maschine imstande sein muß, in jedem Augenblick sofort aus jeder Stellung anzufahren, so muß bei Verwendung von Kurbeltrieb die Treibkorbwelle durch zwei um 90° gegeneinander versetzte Kurbeln angetrieben werden.

Die vielen Förderpausen und die wechselnde Belastung verursachen einen sehr unwirtschaftlichen Betrieb. Der Dampfverbrauch beträgt bei guten F. 25 bis 30 kg für die Nutzpferdekraftstunde, bei ältern Maschinen 50 kg und darüber. Mittel zur Verringerung des Dampfverbrauchs sind: 1) Hohe Dampfspannung unter Benutzung von Verbundmaschinen, neuerdings meist in der Form von Zwillings-Tandem-Verbundmaschinen. 2) Anwendung von Kondensation; schwierig wegen des absatzweisen Betriebes, daher meist nur in Verbindung mit Zentralkondensation. 3) Hohe Fördergeschwindigkeit bis zu 20 m in der Sekunde bei Lastenförderung; bei Personenförderung (Seilfahrt) ist die höchste zulässige Geschwindigkeit 5 m in der Sekunde. 4) Ausgleichung des Seilgewichts und dadurch bewirkte gleichmäßige Belastung der Maschine. Ist eine Seilausgleichung nicht vorhanden, so kann es bei tiefen Schächten vorkommen, daß das Gewicht des sich abwickelnden Seiles auf der Seite der niedergehenden leeren Förderschale schwerer wird als die auf der andern Seite gehobene Nutzlast. Die Maschine wirkt dann während des letzten Teiles der Förderung nicht mehr als Kraftmaschine, sondern sie muß geradezu als Bremse wirken, was dadurch geschieht, daß der Maschinenwärter Gegendampf gibt. Die Arbeitsfähigkeit dieses Dampfes wird dann also durch die Maschine selbst vernichtet. Abgesehen von der Unwirtschaftlichkeit eines solchen Verfahrens, liegt darin auch eine stete Gefahr, denn wenn z. B. gegen Ende der Förderung ein Bruch in der Dampfleitung eintritt, so verliert der Maschinist leicht die Herrschaft über die Maschine. Man hat daher Mittel ersonnen, die ein Wechseln des Drehmomentes während einer Förderung nach Möglichkeit verhüten oder, mit andern Worten, den Einfluß des Seilgewichtes ausgleichen sollen. Solche Mittel sind: 1) Gegenteil. Unter den beiden Förderschalen d u. e wird mit je einem Ende ein zweites Seil f befestigt, dessen Länge so bemessen sein muß, daß das Seil von dem Boden der absteigenden Förderschale noch etwas in den Schacht herabhängt, wenn diese Förderschale an ihrem tiefsten Bestimmungsort angekommen ist (, zig. 2). Diese Seilausgleichung ist um so vollkommener, je genauer das Gewicht für das laufende Meter bei Gegenteil f u. Förderseil a b c übereinstimmt, denn das zu hebende Seilgewicht ist dann während der ganzen Förderung dasselbe, wo auch die beiden Förderschalen sich im Schacht befinden mögen.

Fig. 2. Gegenseil.

Bei dieser Einrichtung werden aber die Verbindungsglieder zwischen Förderseil und Förderschale sehr stark beansprucht, weil sie das Gegenteil noch mit zu tragen haben. Verjüngung des Förderseiles nach unten und daraus folgend Gewichtsersparnis ist aus demselben Grund unmöglich. Auch die Fangvorrichtungen, die bei einem etwaigen Bruch des Förderseiles[758] ein Abstürzen der Förderschale in den Schacht verhüten sollen, müssen sehr stark ausgeführt werden, weil sie nicht bloß das Gewicht der Förderschale, sondern auch das des Gegenseiles mit aufzuhalten haben. Ein großer Nachteil ist die Unmöglichkeit, das Gegenteil zu führen. Bei schneller Förderung kommt dieses Seil in starke Schwingungen, beschädigt die Schachtauskleidungen und sich selbst. Aus all diesen Gründen wird Gegenseilausgleichung nur bei geringen und mittlern Schachttiefen angewendet. 2) Kegelförmige Treibkörbe. Drehmoment ist ein Produkt aus Kraft (oder Last) mal Hebelarm. Wenn daher die auf der Seite der absteigenden Förderschale hängende Last infolge stetiger Zunahme des Seilgewichtes stetig größer wird, so kann diesem Übelstande dadurch abgeholfen werden, daß man die stetig wachsende Last an einem stetig abnehmenden Hebelarm wirken läßt. Bei der aufsteigenden Schale tritt natürlich das Gegenteil ein. Da das Seilgewicht hier stetig abnimmt, muß sich das Seil auf einen Treibkorb aufwickeln, dessen Durchmesser immer mehr zunimmt. Die Treibkörbe bekommen daher die Gestalt abgestumpfter Kegel. Ist die Kante des Kegels mehr als etwa 30° gegen die Treibkorbachse geneigt, so muß durch besondere Führungsleisten auf dem Korbe dafür gesorgt werden, daß das Förderseil auf dem Treibkorb nicht rutscht (Spiraltrommeln). Tafel I stellt eine mit Spiraltrommeln versehene Verbundfördermaschine des Schachtes Wilhelmine Viktoria der Bergwerksgesellschaft Hibernia dar. Die Maschine fördert gegenwärtig bei 8 Atmosphären Dampfspannung und 12 m mittlerer Seilgeschwindigkeit etwa 160 Ton. stündlich aus 530 m Teufe, ist aber für eine Förderung aus 800 m Teufe bestimmt. Fig. 1, Ta sel II, stellt den Spiralkorb in etwas größerm Maßstab dar. 3) Seilausgleichung vermittelst Bobinen. Es sind dies schmale Treibkörbe für Bandseile, bei denen das Bandseil sich nicht wie ein gewöhnliches rundes Förderseil, eine Windung neben der andern, sondern eine Windung über die andre auf die Trommel aufwickelt, so daß bei sich aufwickelndem Seil ganz selbsttätig ein immer größerer Hebelarm entsteht, bei sich abwickelndem Seil ein immer kleinerer und mithin dasselbe erreicht wird, was mit den kegelförmigen Treibkörben beabsichtigt wurde. Die Bobinen nehmen viel weniger Platz ein als kegelförmige Treibkörbe, und außerdem haben Bandseile weniger das Bestreben, sich zu drehen wie Rundfeile. Dagegen werden die untersten Windungen von den darüber liegenden sehr stark gepreßt, so daß die Haltbarkeit der Seile eine geringere ist als bei Rundfeilen. Bei großen Schachttiefen läßt sich mit Bobinen nur eine unvollständige Seilausgleichung erreichen. Rechnerisch würde sich nämlich bei vollkommener Seilausgleichung ein so geringer innerster Scheibendurchmesser ergeben, daß die Seile eine so scharfe Umbiegung auf die Dauer nicht vertragen könnten. Man findet Bobinen nur noch selten, hauptsächlich in Belgien.

Eine besondere Art der Förderung ist die in den 70er Jahren des 19. Jahrh. zuerst ausgeführte Köpesche Förderung vermittelst Treibscheibe. Es ist nur eine einzige ganz schmale Trommel (Treibscheibe) vorhanden. Das aus dem Schachte kommende Förderseil geht nur einmal um diese Scheibe herum und dann sofort mit seinem andern Ende wieder in das zweite Schachttrum hinunter, so daß also nur etwa zwei Drittel des Umfanges der Scheibe von dem Seile berührt werden. Die Reibung zwischen dem Seil und der mit Holz ausgekleideten Scheibe ist dabei groß genug, um bei der Drehung der Scheibe durch die Maschine ein Mitnehmen des Seiles und damit eine Hebung und Senkung der Förderschalen zu bewirken. Um die Reibung zu erhöhen und den Einfluß des wechselnden Seilgewichtes auszugleichen, wird in der Regel ein Gegenteil angewendet. Da die Treibscheibe und damit die ganze Fördermaschine im Gegensatze zu den gewöhnlichen Treibkörben einen sehr geringen Platz einnimmt, wird die Maschine wesentlich billiger. Auch Ausbesserungs- und Betriebskosten sind geringer als bei Maschinen mit gewöhnlichen Treibkörben. Als Hauptnachteil der Köpeschen Förderung wird gewöhnlich der Umstand genannt, daß, falls einmal ein Seilbruch stattfindet, beide Förderschalen in den Schacht abstürzen, da beide ja an ein und demselben Seile hängen. Jedoch kann gerade bei Köpescher Förderung ein Seilbruch seltener stattfinden als bei Förderungsarten, bei denen das Seil mit den Treibkörben festgekuppelt ist. Findet nämlich aus irgend einem Grund ein Festklemmen der Förderschalen im Schachte statt, so ist bei gewöhnlichen Treibkörben ein Bruch des Förderseiles fast unausbleiblich. Bei Köpescher Förderung dagegen würde in diesem Fall einfach ein Rutschen des Seiles auf der Treibscheibe stattfinden, so daß der Maschinist durch rasches Anhalten der Maschine einen Bruch des Seiles leicht verhindern kann. Schwerwiegender ist allerdings der Nachteil, daß, wenn durch irgend welche Störungen das eine Schachttrum versperrt ist, ein Befahren des andern Schachttrums ebenfalls unmöglich ist. Auch das Herausziehen stecken gebliebener Förderschalen sowie das Auswechseln eines Seiles ist bei Köpescher Förderung sehr erschwert, denn es bedarf dazu jedesmal einer eignen Hebevorrichtung, z. B. eines Dampfhaspels, während bei F. mit gewöhnlichen Treibkörben die Fördermaschine selbst dazu verwendet werden kann.

Elektrische F. Bei kleinern, lediglich für Lastenförderung dienenden F., den sogen. Förderhaspeln, hatte sich der elektrische Antrieb schon längst als vorteilhaft und zuverlässig herausgestellt, für die großen Hauptfördermaschinen hielt man aber den elektrischen Antrieb nicht für genügend betriebssicher und glaubte auch, daß eine so genaue Regulierung des Ganges wie mit Dampfmaschinen nicht ausführbar sei. Beide Befürchtungen haben sich als unbegründet herausgestellt, es hat sich sogar gezeigt, daß die Regulierung elektrischer F. vor der Regulierung von Dampffördermaschinen große Vorzüge besitzt. So sind denn eine Reihe kleinerer Hauptschachtfördermaschinen, auch für Personenbeförderung, schon seit mehreren Jahren in ununterbrochenem Betrieb, und mehrere, zumeist sehr große, elektrische F. sind teils soeben fertiggestellt, teils noch in Ausstellung begriffen.

Ein großer Vorzug der elektrisch angetriebenen F. besteht in dem Fortfall des Kurbeltriebes. Bei kleinern Maschinen, den Förderhaspeln, überträgt der sehr schnell laufende Motor seine Bewegung durch eine oder zwei Zahnradübersetzungen auf die Treibkorbwelle (vgl. die Fig. 3, S. 760); bei den großen Hauptschachtfördermaschinen sitzen die Motoren gleich mit auf der Treibkorbwelle, so daß also bei den elektrischen F. nicht erst, wie bei den Dampffördermaschinen, eine Umsetzung der hin und her gehenden Bewegung in eine umlaufende Bewegung stattfindet. Damit entfallen aber nicht nur eine Reihe von Reibungsverlusten, sondern es wird auch die Umdrehung der Treibkörbe eine bedeutend gleichmäßigere als beim Kurbelantrieb mit seinen ungleichförmigen Bewegungen.[759]

Für den Antrieb der elektrischen F. kommen Gleichstrom und mehrphasiger Wechselstrom (Drehstrom) in Frage. Welche von beiden Arten die vorteilhaftere ist, läßt sich heute noch nicht entscheiden, beide haben ihre Vorteile. Für den Drehstrom spricht erstens die wesentlich größere Einfachheit der Maschine und dann der Umstand, daß dort, wo auf Bergwerksanlagen elektrische Energie verwendet wird, fast stets hochgespannter Drehstrom für Antriebsmaschinen aller Art vorhanden ist.

Fig. 3. Fallorthaspel des Steinkohlenbauvereins Gottessegen zu Lugau.

Demgegenüber gestattet die Gleichstromfördermaschine die Verwendung einer Pufferbatterie, d. h. einer Akkumulatorenbatterie, die dann, wenn elektrische Energie im Überfluß vorhanden ist, z. B. während der Förderpausen, diese überflüssige Energie in sich aufnimmt und sie dann, wenn vorübergehend größere Mengen elektrischer Energie gebraucht werden, wie z. B. beim Anfahren, wieder abgibt. Da diese Art der Aufspeicherung bei Drehstrom nicht verwendbar ist, werden als Ersatz dafür bei Drehstromfördermaschinen große Schwungmassen verwendet. Eine Folge dieser Ausgleichung, sei es durch Pufferbatterie oder Schwungmassen, ist es, daß die zur Erzeugung des Stromes verwendeten Dampfmaschinen kleiner sein können und unter weit günstigern Bedingungen arbeiten als eine gewöhnliche Dampffördermaschine, denn es können hier in ausgiebiger Weise alle Mittel zur Anwendung gebracht werden, die dazu dienen, einen niedrigen Dampfverbrauch zu erzielen. Auch eine Verschwendung von Energie wie beim Gegendampfgeben bei Dampffördermaschinen ist hierbei ausgeschlossen, und so arbeiten trotz des Umweges: Dampfmaschine, Dynamomaschine, Elektromotor, Fördermaschine, elektrisch angetriebene F. auf die Dauer weit wirtschaftlicher als selbst die besten Dampffördermaschinen, allerdings bei nicht unerheblich höhern Anlagekosten, die sich aber in kurzer Zeit vollauf bezahlt machen. Figur 2 der Tafel II zeigt die große Gleichstromfördermaschine für den Schacht Zollern II der Gelsenkirchener Bergwerks-Aktiengesellschaft in der Maschinenhalle der Ausstellung zu Düsseldorf 1902. Die Maschine ist von der Aktiengesellschaft Bergwerksverein Friedrich-Wilhelmshütte in Mülheim a. Ruhr in Gemeinschaft mit der Aktiengesellschaft Siemens u. Halske gebaut und für eine Förderung von 4200 kg Kohle in einem Zug aus 500 m Teufe (anfänglich nur 280 m) mit einer Höchstgeschwindigkeit von 20 m (anfänglich 10 m) in der Sekunde bestimmt. Bei Abzugsbühnen mit drei Etagen kann damit die Förderung bis auf 4000 Ton. im Tage gebracht werden. Zu beiden Seiten der Treibscheibe (Köpesche Förderung) sitzen, wie aus der Abbildung ersichtlich ist, die beiden großen Gleichstrommotoren, denen Gleichstrom von 500 Volt Spannung zugeführt wird, und die je bis zu 1400 Pferdestärken leisten können. Die Fahrgeschwindigkeit kann von 30 cm (bei Seiluntersuchung) bis zu 20 m in der Sekunde gesteigert werden.

Vgl. v. Hauer, Die F. der Bergwerke (3. Aufl., Leipz. 1885); Volk, Geräte und Maschinen zur bergmännischen Förderung (das. 1901); »Entwickelung des niederrheinisch-westfälischen Steinkohlenbergbaues in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts«, Bd. 5: Förderung (Berl. 1902); Köttgen, Elektrisch betriebene Hauptschachtfördermaschinen (in der »Zeitschrift des Vereins deutscher

Ingenieure«.

1902); Wirtz, Die Wartung der Fördermaschine (Essen 1901).