Trommelfördermaschine

Seiltrommel bei einem Pferde-Rundgöpel

Bei der Trommelfördermaschine wird als Seilträger eine spezielle Seiltrommel verwendet, auf der das Förderseil auf- oder abgewickelt wird.^[1] Trommelfördermaschinen sind sowohl für besonders geringe als auch für besonders große Teufen gut geeignet.^[2]

Geschichtliches

Haspel nach Agricola

In den Anfängen des Bergbaus benutzte man einen mit einer Kurbel angetriebenen Rundbaum, auf den man das Förderseil aufwickelte bzw. abwickelte.^[3] Eine Weiterentwicklung waren die Göpel. Hier wurden schon weiter entwickelte Seiltrommeln verwendet.^[4] Beim Hochziehen des Förderkorbs wickelte sich das Förderseil in sauberen Windungen auf die Seiltrommel auf. Geführt wurde das Seil durch schraubenförmig verlaufende Rillen, welche sich im Holzbelag der Seiltrommel befanden.^[5] Aus dieser Konstruktion entwickelte man dann auch Zweikorbförderungen mit zwei Förderseilen und zwei Trommeln, einer festen Trommel und einer losen Trommel. Während man Mitte des 19. Jahrhunderts an die Grenzen der Leistungsfähigkeit von Trommelmaschinen stieß,^[6] ist es heute möglich, mit modernen Trommelfördermaschinen Nutzlasten von 31 Tonnen mit einer Geschwindigkeit von 18 m/s aus Teufen von bis zu 3000 m zu fördern.^[2]

Funktion

Eine Trommelfördermaschine funktioniert nach dem Prinzip eines Seils, welches auf eine Trommel gewickelt wird. Beim ablaufenden Seil wird das Seil von der Trommel abgewickelt, beim auflaufenden Seil wird es auf die Trommel gewickelt.^[7] Um den Reibschluss zu gewährleisten, müssen bei tiefster Korbstellung noch zwei volle Wicklungen auf der Trommel bleiben. Aus Sicherheitsgründen werden in der Regel für das sogenannte Abhauen zusätzliche Seillängen bei der Seillängendimensionierung berücksichtigt. Damit die Förderseile sich nicht von der Trommelbefestigung lösen, müssen sie mit mindestens zwei Seilklemmen am Seilträger befestigt werden. Zur sicheren Seilführung auf die Trommel werden die Einführungen möglichst schlank hergestellt.^[8] Eine Doppeltrommelfördermaschine ist im Prinzip ein doppelter Haspel, bei dem auf je einer Trommel ein Seil auf- und das andere abgewickelt wird.

Gewichtsausgleich

konische Trommel

Bei der Förderung wird das niedergehende Seil immer länger und damit auch schwerer. Bei Zweitrommelförderungen wird dann das aufgehende Seil kürzer und somit leichter.^[9] In der Schachtmitte sind beide Seile gleichlang und das Seilgewicht ausgeglichen.^[10] Diese unterschiedlichen Belastungen führen zu einem unruhigen und ungleichmäßigen Gang der Fördermaschine. Dies wirkt sich störend auf den Betrieb aus.^[11] Der Gewichtsausgleich wird durch zwei Arten erreicht, entweder durch die Verwendung von konischen Seiltrommeln oder durch die Verwendung von Gegengewichten. Bei den konischen Seiltrommeln wird das Förderseil beim Hochziehen der Last beginnend beim kleinsten Trommeldurchmesser auf die Spiraltrommel aufgewickelt. Bei Doppeltrommelmaschinen wird gleichzeitig das Seil der herabgehenden Last beginnend beim größten Trommeldurchmesser abgewickelt.^[12] Dadurch, dass das nun das abgewickelte Seil am kleinen und das aufgewickelte Seil am großen Halbmesser angreift, wird eine annähernde Gleichheit der statischen Momente erreicht.^[11] Diese Trommeln erreichen aufgrund ihrer Größe entsprechend große Gewichte und wurden in Deutschland nur selten angewandt. In den Vereinigten Staaten von Amerika und in England wurden sie sehr oft angewandt.^[10] In England wurden die Trommelmaschinen häufig mit Gegengewichten versehen. Hierzu wurde auf der Seilkorbwelle ein zweiter, kleiner Seilkorb angebracht, auf den ein Gegengewicht in Form einer Kette aufgewickelt wurde. Diese Kette wurde meist in einem zweiten kleinen Schacht geführt, der neben dem Förderschacht lag. Durch das zur Förderrichtung gegensinnige Auf- und Abwickeln der Kette wurde der Gewichtsausgleich erzielt. Das Gewicht und somit die Länge der Kette musste entsprechend der Nutzlast berechnet werden.^[12]

Bauformen

Trommelfördermaschinen werden überwiegend als Flurfördermaschinen erbaut, aufgrund der starken Seilablenkung sind Turmfördermaschinen sehr selten. Man unterscheidet zwischen Einzeltrommelmaschinen und Doppeltrommelmaschinen (Zweitrommel-Antriebsmaschinen). Einzeltrommelmaschinen besitzen einen Antriebsmotor, der die Trommel über ein Getriebe oder auch direkt antreibt. Als Bremsen werden Trommel- oder Scheibenbremsen verwendet.^[1] Doppeltrommelmaschinen gibt es sowohl mit einer Festtrommel und einer Lostrommel, als auch mit zwei Lostrommeln. Dabei werden die Lostrommeln als Seilträger über eine Versteckvorrichtung mit der Antriebswelle verbunden. Der Antrieb erfolgt hier durch einen oder auch zwei Motoren. Die Motoren können direkt gekuppelt oder über Getriebe mit der Trommel verbunden werden. Als Bremsen werden auch hier Trommel- oder Scheibenbremsen verwendet. Bei Zweitrommelmaschinen ist es möglich, diese mit einer sogenannten Versteckeinrichtung auszurüsten.^[10] Bei diesen Maschinen ist es zwingend erforderlich, dass zum Verstecken eine separate Bremse für die Lostrommel vorhanden ist.^[13]

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  Trommelfördermaschine mit Dampfantrieb

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  Trommelfördermaschine der Soudan Mine

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  Seitenansicht der Fördermaschine

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  Trommelförderung mit zylindrischer Trommel

Zweikorbbetrieb

In manchen Bergwerken, z. B. im Erzbergbau, ist es oftmals erforderlich, dass während einer Schicht von mehreren unterschiedlichen Sohlen gefördert werden muss.^[10] Bei Trommelfördermaschinen mit Doppeltrommel ist ein Zweikorbbetrieb von jeder Sohle möglich. Dazu müssen die Trommeln mit Lostrommeln ausgerüstet sein. Diese Lostrommeln lassen sich in beliebiger Stellung der Festtrommel kuppeln. Um den Zweikorbbetrieb von einer Zwischensohle zu tätigen, muss zunächst ein Förderkorb an der entsprechenden Zwischensohle positioniert werden. Dann wird die Lostrommel der jeweiligen Seite mit einer Feststellbremse blockiert und abgekuppelt. Dadurch dreht sich die Trommel beim Positionieren des zweiten Förderkorbes nicht mit. Nachdem der zweite Korb an der entsprechenden Stelle positioniert ist, wird die Lostrommel der ersten Seite wieder mit der Festtrommel gekuppelt und die Feststellbremse gelöst.^[14]

Große Teufen

Prinzip der Blair Fördermaschine

Bei großen Teufen stoßen normale Trommelfördermaschinen an ihre Grenzen. Bedingt ist dies durch das große Eigengewicht des Förderseils, welches neben dem Gewicht der Nutzlast und dem Gewicht des Fördermittels auch das Eigengewicht tragen muss.^[15] Im Jahr 1957 stellte der Ingenieur Robert Blair eine Trommelfördermaschine vor, bei der der Seilträger für zwei Förderseile konstruiert war. Dieses System ist aufgrund der besonderen Konstruktion für besonders große Teufen (> 2300 Meter) geeignet. Im Jahr 1958 wurde die erste Blair Fördermaschine installiert.^[16] Die Seiltrommel hat bei dieser Maschine zwei Wickelbereiche. Das Förderseil ist ein durchgehendes Seil, das an beiden Trommeln befestigt ist. Am Fördergefäß ist das Förderseil nicht mit einem Zwischengeschirr befestigt, sondern wird um eine am Fördergefäß befestigte Umlenkscheibe geführt. Der Lastausgleich wird durch ein zweites baugleiches System erreicht. Die beiden Systeme werden entweder elektrisch oder mechanisch gekuppelt.^[15] Werden die beiden Systeme elektrisch gekuppelt, reagiert das System wie zwei getrennte Maschinen. Bei der mechanischen Kupplung werden die beiden Systeme über ein Kardangelenk miteinander verbunden. Dadurch wird die kompensierende Kraft des anderen Trums genutzt, das erforderliche Drehmoment im belasteten System wird dadurch gesenkt.^[17] Blair Fördermaschinen werden überwiegend in Südafrika eingesetzt.^[15]

Beispiele von Trommelfördermaschinen

Auf dem Bergwerk Ibbenbüren wird eine Blair-Eintrommel-Fördermaschine betrieben. Die Maschine fördert aus einer Teufe von 1500 Metern eine maximale Nutzlast von 15 Tonnen. Die Maschine hat einen Direktantrieb mit einer Antriebsleistung von 1500 Kilowatt. Auf dem Bergwerk Kidd Creek steht eine Doppeltrommel-Fördermaschine mit einer Antriebsleistung von 4000 Kilowatt. Die Maschine ist mit Versteckvorrichtungen versehen und kann aus einer Teufe von 1818 Metern eine Nutzlast von 16,8 Tonnen mit einer Fördergeschwindigkeit von 16 Metern pro Sekunde bewegen. Der Trommeldurchmesser der Seilträger beträgt 5,5 Meter.^[2] Auf dem ehemaligen Erzbergwerk Ramsbeck befindet sich Untertage die größte Trommelfördermaschine, die jemals in Europa unter Tage eingebaut wurde. Die Maschine diente als Antrieb für einen Blindschacht und hatte eine Antriebsleistung von rund 1250 Kilowatt.^[18] Auf dem Bergwerk Neves Corvo wird ein Doppeltrommel-Fördermaschine betrieben, die eine Antriebsleistung von 2450 Kilowatt hat. Die Maschine ist mit einer Versteckvorrichtung ausgerüstet und kann eine Nutzlast von 12,5 Tonnen aus einer Teufe von 585 Metern mit einer Fördergeschwindigkeit von 12,5 Metern heben. Der Durchmesser des Seilträgers beträgt 6,1 Meter.^[2]

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b} Technische Anforderungen an Schacht und Schrägförderanlagen (TAS) Blatt 11/6 Begriffsbestimmungen.
2. ↑ ^{a b c d} Siemag Tecberg Trommel-Fördermaschinen Beispiele (abgerufen am 10. Juni 2011)
3. ↑ Wolfgang Weber: Hanfförderseile im 18. - 19. Jahrhundert, Herstellung und Festigkeiten. In: Bergknappe 90. 4/1999, S. 19-23. (abgerufen am 10. Juni 2011)
4. ↑ Wilhelm Leo: Lehrbuch der Bergbaukunde. Druck und Verlag von G. Basse, Quedlinburg 1861.
5. ↑ Franz Rziha: Lehrbuch der gesammten Tunnelbaukunst. Erster Band, Verlag von Ernst & Korn, Berlin 1867.
6. ↑ LWL Industriemuseum: Die Koepe-Förderung (abgerufen am 10. Juni 2011)
7. ↑ C. CH. Böttcher: Bernoulli's Dampfmaschinenlehre. Fünfte Auflage, Verlag der J. G. Cotta'schen Buchhandlung, Stuttgart 1865
8. ↑ Technische Anforderungen an Schacht und Schrägförderanlagen (TAS)Ziffer 3.3.10. + 3.3.11. Seilträger.
9. ↑ J. Niederist: Grundzüge der Bergbaukunde. k.k. Hof- Buch- und Kunsthändler F. A. Credner, Prag 1863.
10. ↑ ^{a b c d} H. Hoffmann, C. Hoffmann: Lehrbuch der Bergwerksmaschinen (Kraft und Arbeitsmaschinen). 3. Auflage. Springer, Berlin 1941.
11. ↑ ^{a b} Emil Stöhr, Emil Treptow: Grundzüge der Bergbaukunde einschliesslich der Aufbereitung. Verlagsbuchhandlung Spielhagen & Schurich, Wien 1892.
12. ↑ ^{a b} Zeitschrift für das Berg- Hütten- und Salinenwesen in dem preussischen Staate. Neunter Band, Verlag der königlichen geheimen Ober- Hofbuchdruckerei, Berlin 1861.
13. ↑ Technische Anforderungen an Schacht und Schrägförderanlagen (TAS) Ziffer 3.3.9. Seilträger.
14. ↑ Carl Hellmut Fritzsche: Lehrbuch der Bergbaukunde. Erster Band, 10. Auflage. Springer Verlag, Berlin/Göttingen/Heidelberg 1961.
15. ↑ ^{a b c} Howard L. Hartman, Jan M. Mutmansky: Introductory mining engineering. Wiley-Interscience Publication, 1987, ISBN 0-471-82004-0.
16. ↑ Alfred Carbogno: Mine hoisting in deep shafts in the 1. half of 21. Century. (abgerufen am 14. Juni 2011)
17. ↑ Siemag Tecberg: Technische Information, Blair-Doppeltrommel-Fördermaschine für South Deep Gold Mines (Südafrika). (abgerufen am 14. Juni 2011)
18. ↑ Die größte Trommelfördermaschine unter Tage in Europa (abgerufen am 10. Juni 2011)