Pumpenkunst

Nachbau einer Pumpenkunst des 16. Jhdts. im Silberbergwerk Suggental

Die Pumpenkunst ist eine Wasserhebemaschine, die im frühen Bergbau zur Wasserhebung eingesetzt wurde. Pumpenkünste wurden ab der Mitte des 16. Jahrhunderts im Bergbau verwendet.

Geschichtliches

Mit dem Übergang vom Stollenbau zum Tiefbau war es aufgrund des starken Wasserzuflusses erforderlich, leistungsfähige Wasserhebemaschinen einzusetzen. Die ersten Wasserhebemaschinen, die im Bergbau eingesetzt wurden, waren die Bulgenkunst und später dann die Heinzenkünste. Da diese Maschinen eine maximale Förderhöhe von 45 Metern hatten, stieß man hier bald an die Leistungsgrenze.^[1] Mit der Entwicklung der Pumpen und ihrer Verwendung als Wasserhebemaschine war es möglich, auch in Teufen von mehr als 500 Meter eine geordnete Wasserhaltung zu betreiben. Die erste Pumpenkunst wurde 1540 von Heinrich Eschenbach entwickelt mit der Kunst der krummen Zapfen. Im Freiberger Bergbaurevier waren bis 1913 Kunstgezeuge im Betrieb.

Kunst der krummen Zapfen

Pumpenkunst im Schachtsumpf

Die Kunst der krummen Zapfen wurde im Erzgebirge entwickelt und ist der Vorgänger aller später im Bergbau eingesetzten Pumpenkünste. Als Antrieb dient hierbei ein oberschlächtiges Wasserrad mit einem Durchmesser von 8 bis 12 Meter und einer Breite von 0,6 bis 0,8 Meter. Das Wasserrad ist mit einer Kurbelwelle, dem krummen Zapfen, verbunden und wurde in der sogenannten Radstube eingebaut. Durch diese Konstruktion ist es erstmalig möglich, eine Drehbewegung in eine geradlinige Hubbewegung des Pumpengestänges umzuwandeln. Die Pumpsätze bestehen aus kombinierten Saug- und Druckpumpen mit Kolben und Zylinder. Die einzelnen Pumpsätze sind über das hölzerne Pumpengestänge miteinander verbunden. Als Zylinder dienen aufgebohrte Baumstämme, sogenannte Piepen. Die Zylinder sind übereinander angeordnet, der untere Zylinder steht im Schachtsumpf und der obere Zylinder steht in einem hölzernen Wasserbecken. In den Zylindern bewegen sich wechselseitig die Kolben, dadurch heben sich die Pumpsätze das Wasser gegenseitig zu. Die Förderhöhe betrug pro Zylinder etwa 10 Meter, bei einer Förderleistung von 4 bis 7 m³. Das Verhältnis von Aufschlagwasser zu Pumpenwasser betrug 18:1.^[2]

Kunstgezeug

Das Kunstgezeug, auch als Ehrenfriedersdorfer Stangenkunst oder Radpumpe bezeichnet, war die Weiterentwicklung der Kunst der krummen Zapfen. Diese Wasserhebemaschine war über drei Jahrhunderte die beste Pumpentechnik der Welt. Das komplette Kunstgezeugs ist im Prinzip ein Kolbenpumpensystem, das aus mehreren übereinander angeordneten Pumpen besteht und von einer Kraftmaschine angetrieben wird. Die Kraftmaschine besteht aus mehreren hintereinander geschalteten Kunsträdern. Die Pumpsätze sind ähnlich aufgebaut wie bei der Kunst der krummen Zapfen. Die einzelnen Kolbenstangen sind über ein Kunstgestänge miteinander verbunden. Das erste Kunstgezeug bestand aus drei übereinander angebrachten Pumpen. Kunstgezeuge wurden in bis zu 600 Meter tiefen Kunstschächten eingebaut, hierfür wurden maximal 40 Kolbenpumpen hintereinander geschaltet.^[3] Bei großen Wasserzuflüssen wurden bis zu drei Pumpen nebeneinander angeordnet. Ab dem 20. Jahrhundert wurde als Material für die Pumpen Eisen statt Holz verwendet, da Eisen den größeren Drücken in den Pumpensteigeleitungen besser standhalten konnte.

Funktion und Leistung

Das Kunstgestänge hebt und senkt alle angeschlossenen Kolbenstangen, dadurch werden alle Pumpen gleichzeitig in Bewegung gesetzt. Die unterste Pumpe saugt das Grubenwasser aus dem Schachtsumpf an und pumpt es entsprechend ihrer Förderhöhe in den Wasserkasten der nächsten Pumpe. Diese saugt es aus dem Wasserkasten und pumpt es in den Wasserkasten der übernächsten Pumpe. Dieser Vorgang wiederholt sich bis zur letzten Pumpe. Diese pumpt das Wasser zum Abfluss in das Niveau des Wasserlösungsstollens.^[4]

Jede Pumpe hatte eine Saughöhe von 7 Meter und eine Hubhöhe von 3 bis 13 Meter. Die Leistung des Kunstgezeugs lag, je nach Menge und Druck des Aufschlagwassers, bei 20 Kilowatt. Mit einem Kunstrad konnte Wasser auf eine Höhe von 100 Meter hochgepumpt werden. Allerdings traten, je nach Position des Kunstgestänges, große Reibungsverluste auf. Die Förderleistung betrug 4 bis 7 m³ Grubenwasser pro Stunde.^[5] Die Kunsträder hatten einen Durchmesser von 12 bis 16 Meter und waren etwa 1 Meter breit. Um auf den Gang des Kunstzeugs optimal abgestimmt zu sein, drehten sich die Kunsträder mit 7 bis 10 Umdrehungen pro Minute.

Reparatur

Aufgrund der mechanischen Beanspruchung kam es vor, dass das in den Schacht eingehängte Kunstgestänge riss. Zur Reparatur der Pumpenkunst diente die Kunstquetsche und die Kunstwinde. Dazu wurde mit den schweren Holzschrauben der Kunstquetsche zunächst eine Halterung geschaffen, dann wurden die gebrochenen Enden glattgeschnitten, anschließend wurde mit der Kunstwinde das Gestänge zusammengezogen. Zuletzt wurde ein passendes Vierkantholz in das Gestänge eingesetzt und die Kunstquetsche gelöst und entfernt.^[6]

Bilder

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  Radpumpe nach Agricola

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  Radpumpe nach Agricola

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  Radpumpe nach Agricola

Literatur

• Wilfried Liessmann: Historischer Bergbau im Harz. 3. Auflage, Springer Verlag, Berlin und Heidelberg 2010, ISBN 978-3-540-31327-4
• Georg Agricola: Zwölf Bücher vom Berg- und Hüttenwesen. In Kommission VDI-Verlag GmbH, Berlin
• Springer, F. P., Von Agricolas pompen im Bergbau, die das wasser durch den windt gezogen, zu den Gestängetiefpumpen der Erdölförderung, Erdoel-Erdgas-Kohle Heft 10, 2007 S. 380 – 386

Einzelnachweise

1. ↑ Moritz Ferdinand Gaetzschmann: Vollständige Anleitung zur Bergbaukunst. Erster Theil, Zweite Auflage, Verlag von Arthur Felix, Leipzig 1866
2. ↑ Marcus Dehler: Wassermanagement im historischen Bergbau
3. ↑ Herbert Pforr: Das erzgebirgische Kunstgrabensystem und die Wasserkraftmaschinen für Wasserhaltung und Schachtförderung im historischen Freiberger Silberbergbau. In: Ring Deutscher Bergingenieure (Hrsg.): bergbau. Nr. 11, Makossa, Gelsenkirchen November 2007, S. 502-505 (http://www.rdb-ev.de/zeitung07/07-11-502-505.pdf, abgerufen am 25. April 2011).
4. ↑ Herbert Pforr: Entwicklung der Wasserhaltung vom 16. bis 19. Jahrhundert. in BERGKNAPPE 110
5. ↑ Rolf Meurer: Wasserbau und Wasserwirtschaft in Deutschland. Parey Buchverlag, Berlin 2000, ISBN 3-8263-3303-9
6. ↑ Das Oberharzer Bergwerksmuseum: Die Kunstquetsche