In jener Zeit waren bereits Versuche gemacht worden, die Wirtschaftlichkeit des Förderbetriebes dadurch zu verbessern, daß man die Fördermaschine nicht durch eine gesonderte Dampfmaschine betrieb, sondern daß man sie durch elektrische Übertragung an die wirtschaftlich arbeitenden Zentral-Dampfdynamos des Bergwerks anschloß.

Versuche dieser Art wurden gleichfalls in der Düsseldorfer Ausstellung im Leerlauf vorgeführt und ließen erkennen, daß eine brauchbare Lösung damals zwar im Werden, aber noch nicht reif war.

Schwierigkeiten lagen in zwei Richtungen vor: in der Steuerung der Fördermaschine selbst und in der Rückwirkung auf das Kraftwerk.

Für die Steuerung der Fördermaschine war die sonst für Elektromotoren übliche Anlaßmethode mit Vorschaltwiderstand von vornherein unbrauchbar. Ein Versuch dieser Art führte zu einem Ungeheuer von Anlasser, das für den Bergwerksbetrieb nie geeignet gewesen wäre. Bei dieser Anlaßmethode wird der Fördermaschine die für den Anlauf erforderliche niedrige Spannung dadurch zugeführt, daß der überschüssige Teil der Netzspannung in einem Anlaßwiderstand abgedrosselt wird. Die Kontakte des Steuerapparates müssen daher den Hauptstrom führen, d. h. Ströme von 2000 bis 4000 Amp. schließen und unterbrechen.

Diese Schwierigkeit war grundsätzlich nur dadurch zu beheben, daß man Unterbrechungen des Hauptstroms während des Anfahrens überhaupt vermied. Nach einem von Leonard schon früher für andere Zwecke gemachten Vorschlag ging man dazu über, die Fördermaschine nicht unmittelbar aus dem Netz mit Strom zu versorgen, sondern sie von einer besonderen Dynamomaschine aus zu speisen, die ihrerseits durch einen an das Netz geschalteten Elektromotor getrieben wurde. Dadurch wurde freilich eine mehrfache Umwandlung der Energie erforderlich: die Dampfdynamo des Kraftwerks muß zunächst die Wärme-Energie in mechanische Energie und von dieser in elektrische Energie von konstanter Spannung verwandeln. Letztere wird durch das Leitungsnetz dem Anlaßumformer zugeführt, der seinerseits die elektrische Energie von konstanter Spannung zunächst in mechanische Energie zurück verwandelt und aus dieser in elektrische Energie von veränderlicher Spannung umsetzt. Diese erst wird dem Elektromotor der Fördermaschine zugeführt und von diesem schließlich in die für die Förderung erforderliche mechanische Energie umgewandelt. Naturgemäß entsteht bei jeder dieser vier Umsetzungen ein Verlust; der hohe Wirkungsgrad der elektrischen Maschinen gestaltet indessen den Gesamtverlust zu einem verhältnismäßig geringen. Der große Vorteil, der durch diese in der Theorie verwickelte, in der praktischen Ausführung einfache Anordnung entsteht, ist darin zu finden, daß der Hauptstrom während des Betriebes nicht unterbrochen wird; die Regelung wird lediglich durch Veränderung der Feldstärke des Umformers herbeigeführt, der Steuerapparat hat daher nur Ströme zu unterbrechen, die einige Hundertstel des Hauptstroms betragen.

Die zweite Schwierigkeit bot die Rückwirkung auf das Kraftwerk. Bei der Dampffördermaschine wird die große während des Anfahrens erforderliche Energie einfach dem stets vorhandenen Dampfvorrat des Dampfkessels entnommen, es werden also andere Maschinen nicht in Mitleidenschaft gezogen. Anders bei der elektrischen Fördermaschine. Diese würde den großen Anlaufstrom dem Kraftwerk entnehmen, es müßten daher die Dampfdynamomaschinen den ganzen Stoß aushalten, so daß als Kraftspeicher wieder der Dampfvorrat der Kesselanlage herhalten müßte. Bei solch stoßweisem Betrieb würde das Kraftwerk sehr unwirtschaftlich arbeiten und störende Spannungsschwankungen im ganzen Netz hervorrufen. Nur dann, wenn ein sehr großes Kraftwerk eine große Zahl von stetig laufenden Elektromotoren zu versorgen hätte, würde eine mitangeschlossene Fördermaschine ohne Störungen betrieben werden können.

Ein Mittel, um die Belastungsschwankungen von den Dampfdynamos fernzuhalten, würde in der Einschaltung einer Pufferbatterie bestehen, wie sie in den Kraftwerken der Straßenbahnen verwendet werden. Dieses Mittel würde bei den großen Stromstärken aber ein sehr kostspieliges sein und würde außerdem nur bei Gleichstromzentralen anwendbar sein. Für Bergwerke kann der großen Entfernungen wegen aber in der Regel nur Drehstrom verwendet werden.

Ein weit einfacheres Mittel ergab die von Ilgner vorgeschlagene Anwendung eines Schwungrades, welches auf die Welle des Anlaßumformers gekeilt wird — Fig. 39. Während der Förderpausen wird vom Motor des Umformers mechanische Energie in das Schwungrad geleitet, d. h. die Umlaufzahl des Schwungrades allmählich erhöht. Sobald die Fördermaschine anfährt, entnimmt sie durch Vermittlung der Dynamo des Umformers mechanische Energie aus dem Schwungrad, wodurch die Umlaufzahl des Schwungrades sich allmählich vermindert. Die Belastungsschwankungen gehen dann lediglich durch die Dynamo des Umformers, nicht aber durch den Motor desselben und noch weniger in das Kraftwerk. Letzteres läuft vielmehr mit fortwährend gleichbleibender Belastung. Es ist daher gleichgültig, ob das Kraftwerk Drehstrom oder Gleichstrom liefert, da der Netzstrom lediglich in den Motor des Umformers geht, während die Dynamo des Motors stets als Gleichstrommaschine gebaut wird.

Die Energieverluste dieses Systems beschränken sich auf den Verlust, der bei der mehrfachen Energieverwandlung entsteht, und auf den Luftwiderstand und die Lagerreibung des Schwungrades. Würde man das Schwungrad mit der bei Dampfmaschinen üblichen Umfangsgeschwindigkeit von 20 sekm laufen lassen, so würde es außerordentlich schwer und kostspielig werden. Man führt daher diese Schwungräder aus Stahl aus und läßt sie mit 80 sekm Umfangsgeschwindigkeit laufen. Die Folge der hohen Geschwindigkeit ist eine ziemlich große Luftreibung auch dann, wenn das Schwungrad glatt poliert ist.

Dagegen treten keinerlei Energieverluste in Anlaßwiderständen auf; das Kraftwerk kann sehr wirtschaftlich arbeiten, weil seine Belastung eine vollständig gleichbleibende ist.

Die Fördermaschine selbst erhält bei elektrischem Antrieb die denkbar einfachste Gestalt, wie Fig. 40 zeigt: die Welle eines Elektromotors wird einfach mit einer Seiltrommel oder Seilscheibe unmittelbar gekuppelt. Der Motor wird als einfacher Nebenschlußmotor gewickelt, dessen Feld konstant erregt wird, und dessen Anker die regelbare Spannung des Schwungradumformers zugeführt wird.

Die Fördermaschine hat daher keine hin und her gehenden, sondern nur noch drehbare und starr miteinander gekuppelte Teile. Die Lagerung läßt sich bei geschickter Anordnung auf zwei Lager beschränken. Das Drehmoment schwankt nicht wie bei der Dampfmaschine während einer Umdrehung in weiten Grenzen, sondern ist vollkommen gleichmäßig.

Die Fördermaschine fährt daher ohne Stoß an, treibt die Seile ohne Geschwindigkeitsschwankungen und kann auf beliebig große, bzw. kleine Geschwindigkeit durch Handhabung eines einzigen Hebels eingestellt werden, der die Feldstärke des Umformers regelt.

Überwiegt gegen Ende des Hubes das Seilgewicht, so verwandelt sich die elektrische Fördermaschine ohne Zutun des Führers in eine elektrische Bremse; die abgebremste Arbeit geht nahezu verlustlos in das Schwungrad und wird dort bis zum nächsten Hub aufgespeichert. Die Geschwindigkeit der Seiltrommel ist lediglich von der Stellung des Steuerhebels abhängig, dagegen von der der Größe der Belastung völlig unabhängig.

Dieser Umstand gewährt die Möglichkeit, eine wirkliche Verzögerungs-Vorrichtung einfachster Art anzubringen. Der Teufenzeiger braucht nur so gestaltet zu werden, daß er am Hubende mittels eines Kurvenschubes den Steuerhebel langsam in die Nullstellung zurückschiebt. In genau demselben Verhältnis vermindert sich dann selbsttätig die Geschwindigkeit der Fördermaschine bis auf Null, so daß ein Überfahren der Hängebank vollständig ausgeschlossen ist.

Die elektrische Fördermaschine arbeitet daher nicht nur wirtschaftlicher, sie ist auch viel einfacher und steuerfähiger und gewährt aus beiden Gründen eine wesentlich höhere Betriebssicherheit. Diese Vorzüge kommen um so mehr zur Geltung, je größer Teufe und Geschwindigkeit sind. Dampffördermaschinen werden daher voraussichtlich nur noch für geringe Teufen und Leistungen in solchen Fällen ausgeführt werden, wo nicht die Betriebskosten sondern nur die Anlagekosten ausschlaggebend sind, wie dies bei provisorischen Anlagen vorkommen kann.

Die erste elektrisch betriebene Hauptschachtfördermaschine nach diesem System wurde zu Ende des Jahres 1903 auf der Zeche Zollern II zu Merklinde in Westfalen in Betrieb gesetzt. Sie ist ausgeführt im elektrischen Teil von den Siemens-Schuckert-Werken, im mechanischen Teil von der Friedrich-Wilhelmshütte. Fig. 41 zeigt das Maschinenhaus, in dem die Fördermaschine aufgestellt ist. Die vorhergehenden Figuren 39 und 40 stellten Umformer und Fördermaschine selbst dar.

Die wenigen bisher ausgeführten elektrischen Fördermaschinen sind nahezu ausschließlich mit Koepe-Scheiben ausgerüstet worden. Dieser Vorgang ist natürlich, da die Koepe-Förderung bei den in letzter Zeit ausgeführten Dampffördermaschinen sehr gebräuchlich geworden war. Es liegt nun die Frage nahe, ob die Koepe-Scheibe für den elektrischen Antrieb ebenso zweckmäßig ist wie für den Dampfbetrieb.

Die Anlagekosten einer elektrischen Fördermaschine sind um so geringer, je höher ihre Umlaufzahl ist; von diesem Standpunkt aus ist es erwünscht, den Durchmesser der Koepe-Scheibe nicht größer auszuführen als die Rücksicht auf die Biegungsbeanspruchung des Drahtseils es erfordert. Anderseits ist es zur Erzielung der erforderlichen Reibung zwischen Seil und Scheibe notwendig, den Durchmesser der Scheibe groß zu wählen. Letzteres ist besonders dann nötig, wenn man zur Erzielung hoher Leistung die hohe Anfahrbeschleunigung ausnutzen will, die der elektrische Betrieb mit seinem gleichmäßigen Drehmoment gegenüber dem Dampfbetrieb zuläßt. Man hat sich bisher durch einen Kompromiß zu helfen gesucht, ist dabei aber teilweise in Schwierigkeiten geraten, und hat sich dann durch Auswechslung des Rundseils gegen Bandseil geholfen, was als ein Notbehelf zu betrachten ist.

Einen Ausweg aus diesem Zwiespalt bietet der Vorschlag Heckels, die Treibscheibe mit zwei Rillen auszuführen und das Seil unter Einschaltung einer Zwischenrolle mit zwei halben Umschlingungen um die Treibscheibe zu legen. Diese Anordnung würde Verminderung des Scheibendurchmessers auf die Hälfte des Durchmessers einer Koepe-Scheibe erlauben, wenn nicht die Biegungsbeanspruchung des Drahtseils zur Einhaltung eines Mittelwertes nötigen würde.

Der kleine Durchmesser der Treibscheibe der Heckelanordnung vermindert nicht nur die Anlagekosten des elektrischen Teils der Fördermaschine, er gewährt auch einen organischen Zusammenbau, weil Treibscheibendurchmesser und Ankerdurchmesser des Elektromotors sich einander nähern, infolgedessen eine unmittelbare starre Verbindung zulassen und gleichzeitig den Maschinenrahmen einfach gestalten. Endlich hat die Heckel-Treibscheibe den Vorteil, daß durch Verstellung der Zwischenrolle eine Kürzung des Drahtseils ermöglicht wird, welche ein periodisches Abschneiden der Seilenden behufs Festigkeitsprüfung gestattet.

Diesen Vorzügen steht der Nachteil gegenüber, daß die Zwischenrolle mit ihrer Unterstützung schon bei mittelgroßen Fördermaschinen ein Mehrgewicht von 12000 bis 14000 kg und einen entsprechenden Mehrpreis von 7000 bis 8000 M. für den mechanischen Teil erfordert. Dazu kommt, daß das Maschinenhaus wesentlich größer ausgeführt werden muß, was wiederum Mehrkosten im Betrag von 6000 bis 8000 M. erfordert. Durch diesen Mehraufwand wird die Ersparnis im elektrischen Teil mehr als aufgewogen.

Die Gründe, welche bei der Dampfförderung für die Anwendung des Unterseils sprachen — Vermeidung negativer Drehmomente behufs Steuerfähigkeit und Konstanthaltung der Belastung behufs Wirtschaftlichkeit — gelten nicht in gleichem Maß für den elektrischen Betrieb. Die elektrische Fördermaschine ist bei negativem Drehmoment ebenso steuerfähig wie bei positivem, und die Ungleichheit der Belastung wird durch das Schwungrad vollständig ausgeglichen. Das Unterseil bringt zudem eine Reihe von Nachteilen mit sich: es vermehrt die zu beschleunigenden Massen, es hindert die Förderung aus verschiedenen Sohlen, es beansprucht die Fördergerippe und die Gehänge sehr stark, es erschwert die Tätigkeit der Fangvorrichtung, es verhindert die Anwendung verjüngter Seile, und es ist schließlich für große Teufen von mehr als 1000 m seiner Schwankungen wegen überhaupt nicht anwendbar.

Es ist daher wohl möglich, daß die elektrische Förderung die Anwendung der Treibscheibe — die für sie nicht wie für den Dampfbetrieb eine Notwendigkeit ist — wieder aufgibt und zur Anwendung von zylindrischen oder kegelförmigen Trommeln zurückkehrt, die mit dem Durchmesser gewählt werden können, der für die Anlagekosten des elektrischen Teils und für einen organischen Zusammenbau wünschenswert erscheint. Bei geschickter Einzelkonstruktion der Seiltrommel und ihrer Kupplung mit dem Anker des Elektromotors läßt sich eine Bauart finden, die mit geringen Anlagekosten ausführbar ist und den konstruktiven Nachteil vermeidet, der der Trommel-Dampffördermaschine anhaftet, nämlich die schwere, hoch beanspruchte und kostspielige Welle.

Ein Rückblick auf die Entwicklung der Fördermaschine von der Göpelfördermaschine aus dem Jahre 1500 über die Wasserradfördermaschine und die Dampffördermaschine zur Elektrofördermaschine aus dem Jahre 1903 zeigt, daß die Beherrschung der Naturkraft das entscheidende Moment für die Gesamtanordnung bildet.

Die Aufgabe der nächsten Zeit wird darin bestehen, die Fördermaschine für große Teufen von 1000 bis 2000 m zweckmäßig zu gestalten. In Südafrika und Nordamerika sind Teufen von 1500 bzw. 1800 m bereits erreicht, in Europa werden sie in absehbarer Zeit erschlossen werden.

Auf die Entwicklung der Einzelheiten der Fördermaschine hat nebenher noch eine Reihe von anderen Einflüssen eingewirkt, in erster Linie das Bestreben, die Leistung im Verhältnis zum Schachtquerschnitt möglichst zu steigern.

Die Leistungsfähigkeit eines Bergwerks ist unmittelbar abhängig von der Förderleistung seiner Schächte. Da die Abteufung der Schächte den Hauptanteil der Anlagekosten der Gesamtanlage beansprucht, so ist man bei Neuanlagen durchweg bestrebt, die Zahl der Schächte auf zwei zu beschränken: den Förderschacht, der gleichzeitig zur Wettereinführung dient und den Wetterschacht, der die ausziehenden Wetter zu führen hat und gleichzeitig die Reserveförderanlage aufnimmt. Es liegt also die Aufgabe stets so, daß die Förderleistung des Schachtes auf das Höchste zu steigern gesucht wird. Den Querschnitt des Schachtes sucht man aus technischen und wirtschaftlichen Gründen ebenfalls möglichst zu beschränken. Es kommt also schließlich darauf an, die Förderleistung für den Quadratmeter-Schachtquerschnitt auf einen Höchstwert zu bringen.

Bei Schächten, die lediglich zur geologischen Untersuchung dienen — Schurfschächten — und die aus Ersparnisrücksichten mit allerengstem Querschnitt hergestellt werden müssen, läßt sich nur die eintrümige Förderung anwenden. Bei dieser wird nur ein einziges Seil und nur ein einziger Kübel verwendet. Der Nachteil dieses Systems liegt darin, daß die ganze Zeit, die zum Niedergang des leeren Kübels erforderlich ist, nicht ausgenutzt wird. Außerdem muß die Totlast des Kübels stets nutzlos gehoben werden.

Steht etwas mehr Schachtquerschnitt zur Verfügung, so läßt sich ein Gegengewicht anwenden, welches die Totlast des Kübels ausgleicht; allerdings ist für das Gegengewicht der Einbau von besonderen Spurlatten erforderlich.

Sehr bald kam man darauf, die Förderleistung des Schachtes durch die Anwendung von zweitrümiger Förderung zu steigern, d. h. zwei Seile in gegenläufiger Wicklung auf die Seiltrommel zu legen. Bei Niedergang des einen leeren Kübels steigt gleichzeitig der andere Kübel gefüllt empor. Die zweitrümige Förderung gewährt weiter den Vorteil, daß die Totlasten der Kübel ausgeglichen sind, so daß nur Nutzlast und überschießendes Seilgewicht zu heben sind. Auf den Bildern von Agricola (Fig. 20 und 22) wird bereits zweitrümig gefördert. Diese Anordnung verdoppelt die Gesamtleistung des Schachtes, erfordert aber auch doppelt so großen Querschnitt des letzteren.

Für die Steigerung der Schachtleistung stehen drei Wege offen: Vergrößerung der Nutzlast, Verkleinerung der für Beladen und Entladen erforderlichen Zeit, der sog. Sturzpause, und Steigerung der Hubgeschwindigkeit.

Zunahme der Nutzlast setzt Steigerung der Zahl der Fördergefäße voraus. Als Fördergefäße benutzte man ursprünglich Kübel aus Leder, sog. »Bulgen«, wie sie auf Agricolas Bildern dargestellt sind. Der Inhalt dieser Kübel war naturgemäß nur gering, etwa 500 kg. Hätte man die Kübel so groß ausgeführt, daß sie 2000 bis 4000 kg aufnehmen könnten, dann würde die Beladung und Entladung viel Zeit in Anspruch genommen haben. Man ging daher dazu über, die zum Horizontaltransport benutzten Wagen, die sog. Hunte, auch für die Vertikalförderung ohne Umladung zu benutzen, indem man an das Förderseil ein Gestell aus Walzeisen, das sog. Gerippe, hing, auf welches die Wagen aufgeschoben wurden. Mit dieser Einrichtung ließ sich die Sturzpause auf 30 Sek. beschränken; die Totlast wird allerdings wesentlich größer und damit auch die Seilbelastung.

Die Zahl der bei einem Hub geförderten Wagen ist von 1 allmählich bis auf 8 gesteigert worden. Ursprünglich stellte man die Wagen nebeneinander auf das Gerippe, gab dieses Verfahren aber bald auf, weil es einen sehr großen Schachtquerschnitt erforderte. Dann ging man dazu über, die Gerippe mit mehreren Stockwerken auszuführen, so daß die Wagen nicht nebeneinander sondern übereinander stehen. Die Förderleistung für den Quadratmeter Schachtquerschnitt wird durch diese Anordnung naturgemäß sehr gesteigert, aber nur dann, wenn die Wagen aus allen Stockwerken gleichzeitig abgezogen werden, was viel Hilfsmannschaft verlangt. Zieht man die Wagen nacheinander auf nur einer Bühne ab, so muß die Fördermaschine das Gerippe mehrmals einstellen, wodurch die Sturzpause vergrößert, die Leistung also verkleinert wird.

Neben Steigerung der Nutzlast und Verkleinerung der Sturzpause steht noch die Erhöhung der Hubgeschwindigkeit als drittes Mittel zur Vermehrung der Leistung zur Verfügung. Die Geschwindigkeit steigt von Null allmählich auf einen Höchstwert, behält diesen einige Zeit bei und sinkt wieder auf Null. Die Durchschnittsgeschwindigkeit kann nun in zweierlei Weise vergrößert werden: entweder durch Steigerung der Höchstgeschwindigkeit oder durch schnelleres Ansteigen der Geschwindigkeit, d. h. durch Erhöhung der Beschleunigung. Die Höchstgeschwindigkeit ist von 2 sekm zu Beginn des 19. Jahrhunderts allmählich auf 20 sekm zu Ende des Jahrhunderts gesteigert worden. Die Durchschnittsgeschwindigkeit steigt natürlich nicht in gleichem Verhältnis mit der Höchstgeschwindigkeit, sondern weit langsamer.

Der angegebene Wert von 20 sekm für die Höchstgeschwindigkeit, der eine sehr starke Maschine erfordert, ist daher wirtschaftlich gerechtfertigt nur bei großen Teufen von mehr als 800 m.

Die Steigerung der Beschleunigung findet bei Dampfbetrieb sehr bald eine Grenze, weil das gerade beim Anfahren sehr wechselnde Drehmoment hinderlich im Wege steht. Ebenfalls niedrig liegt die Grenze bei Anwendung von Koepescheiben, weil der geringe Reibungsschluß der halben Umschlingung nur ein begrenztes Drehmoment zuläßt. Dagegen gestattet der elektrische Betrieb in Verbindung mit einer ganzen Umschlingung eine wesentliche Steigerung der Beschleunigung bis etwa zu dem Wert von 1 in Geschwindigkeitszunahme in jeder Sekunde, so daß nach 20 Sek. eine Geschwindigkeit von 20 sekm erreicht werden kann.

Da die Sturzpause etwa ein Drittel bis die Hälfte der Fahrzeit in Anspruch nimmt, so erscheint als wirksamstes und daher aussichtsreichstes Mittel die weitere Verkürzung der Sturzpause. Tatsächlich geht neuerdings das Bestreben dahin, die Sturzpause durch Einführung selbsttätiger Beladungs- und Entladungseinrichtungen zu verkürzen. Eine Lösung dieser Aufgabe ergibt sich dadurch, daß die Wagen durch Maschinenkraft auf das Gerippe hinauf- und heruntergeschoben werden. Ein anderes Mittel ist die in Südafrika übliche Anwendung von Kübeln, die aus Trichtern selbsttätig gefüllt und durch Kippvorrichtungen entleert werden.

Das wichtigste Maschinenelement der Fördermaschine, das Seil, hat im Laufe der Zeit mannigfache Wandlungen durchgemacht. Auf den Bildern von Agricola finden wir noch Ketten dargestellt, ebenso auf der Skizze von Borgnis; für die geringen Teufen und Geschwindigkeiten des 15. Jahrhunderts, die 100 m bzw. 1 sekm wohl kaum überschritten haben, reichten Ketten noch aus. Darüber hinaus sind sie nicht mehr anwendbar, weil das Eigengewicht der Ketten im Verhältnis zu ihrer Tragfähigkeit außerordentlich groß ist.

In Fig. 42 ist das Verhältnis EigengewichtAngehängte Last für verschiedene Teufen zunächst für Ketten aufgetragen. Man sieht, daß bei siebenfacher Sicherheit und bei 150 m Teufe das Eigengewicht bereits größer als die getragene Last wird, und daß bei 200 m Teufe das Eigengewicht schon auf das Zweieinhalbfache der Last steigt. Bei 280 m Teufe würde das Eigengewicht unendlich groß werden.

Außerdem haben Ketten den Nachteil, daß sie sehr unelastisch sind, und daß man nicht erkennen kann, ob die Kette Schweißfehler besitzt und ob sie durch die unvermeidlichen Stöße hart und spröde geworden ist. Aus diesen Gründen sind Ketten sehr betriebsunsicher. Für Geschwindigkeiten von mehr als 1 sekm sind sie überhaupt nicht verwendbar.

Man ist daher sehr bald zur Verwendung von Hanfseilen übergegangen, wie sie auf den Zeichnungen von Langsdorf sichtbar sind. Da ihr Eigengewicht sehr gering ist, so sind mit Hanfseilen wesentlich größere Teufen erreichbar; wie aus Fig. 42 ersichtlich ist, würde bei achtfacher Sicherheit die Grenzteufe, d. h. die Teufe, bei der das Eigengewicht unendlich groß wird, erst bei 850 m liegen.

Wesentlich günstiger als Hanfseile sind Aloëseile, d. h. Seile, die aus den Fasern der Agave hergestellt werden. Hanfseile müssen geteert werden, um der in Schächten stets vorhandenen Feuchtigkeit zu widerstehen, werden dadurch aber schwerer, weniger biegsam und minder tragfähig. Ungeteerte Aloëseile hingegen nehmen in feuchtem Zustande an Festigkeit zu, sind leicht und biegsam. Ihre Grenzteufe beträgt bei siebenfacher Sicherheit 1700 m. In der Regel werden sie nur bis zu 300 m Teufe mit gleichbleibendem Querschnitt, für größere Teufen mit nach unten verjüngtem Querschnitt dargestellt, wodurch sie bei gleicher Tragfähigkeit leichter werden. Die Grenzteufe von verjüngten Seilen ist daher wesentlich größer. Aus dem Jahre 1838 stammt eine Mitteilung in Dinglers Journal, wonach um diese Zeit bereits Aloëbandseile in den Kohlengruben des Herrn Braconier bei Lüttich in Betrieb waren. In Belgien wird heutzutage noch größtenteils mit Aloëflachseilen gefördert.

Versuche mit Drahtseilen wurden zuerst vom Oberbergrat Albert im Jahre 1834 (nach O. Hoppe) in den tiefen Schächten des Oberharzer Bergbaues gemacht. Die ersten Seile waren aus wenigen und sehr dicken Drähten (3 Litzen aus je 4 Drähten von mehr als 3 mm Stärke) von weichem Eisen (6000 kg-qcm Bruchfestigkeit) hergestellt, und zwar ohne Hanfseele. Sie waren daher nur in geringem Grade biegsam.

In den rund 300 m tiefen Schächten von Falun in Schweden wurde der erste Versuch mit Drahtseilen in der Stora-Kopparbergsgrube im Jahre 1835 gemacht, nachdem die Kunde von den Versuchen im Harz dorthin gelangt war. Auch dort wurden zuerst Seile aus weichem Eisendraht von über 3 mm Stärke verwendet.

Aus dem Jahre 1845 liegt bereits ein Bericht vor (Dinglers Journal, Bd. 95, S. 72), wonach um diese Zeit Drahtseile mit Hanfseelen in Deutschland und England bereits vielfache Verbreitung gefunden haben.

Bis zu Ende der 60er Jahre behielt man den weichen Eisendraht von 6000 kg-qcm Bruchfestigkeit bei, stellte aber die Seile aus einer größeren Zahl dünnerer Drähte her (6 Litzen aus je 6 Drähten von 1–2 mm Stärke). In der von Redtenbacher im Jahre 1865 mitgeteilten Tabelle finden wir bereits die Drahtseile in überwiegender Anzahl gegenüber den Hanfseilen.

Um das Jahr 1867 (nach Hraback) gelang es der Firma Felten & Guilleaume in Köln, Drahtseile aus Tiegelgußstahl herzustellen, die eine doppelt so große Festigkeit besaßen als die Eisenseile (12000 kg-qcm Bruchfestigkeit).

In neuester Zeit ist es gelungen, durchaus betriebssichere Förderseile aus Extrastahldraht bis zu 18000 kg-qcm Bruchfestigkeit herzustellen und mit solchen Seilen aus Teufen bis 1800 m zu fördern.

Aus Fig. 42 ist deutlich zu entnehmen, daß mit festerem Seilmaterial wesentlich größere Teufen erreicht werden können. Verwendet man Stahldraht von 120 kg-qmm Bruchfestigkeit mit achtfacher Sicherheit, also mit einer Beanspruchung von 120008 = 1500 kg-qcm, so wird die Grenzteufe 1500 m; für Stahl von 180 kg-qmm Bruchfestigkeit und für neunfache Sicherheit, also für eine Beanspruchung von 180009 = 2000 kg-qcm wird die Grenzteufe 2000 m.

Hierbei war vorausgesetzt, daß die Seile mit gleichem Querschnitt über die ganze Länge ausgeführt wurden. Bei Anwendung von Trommeln können die Seile mit nach unten verjüngtem Querschnitt hergestellt werden. Bei gleicher Tragfähigkeit werden die Seile dann entsprechend leichter. Die Meinungen über die Berechtigung dieser Konstruktion sind noch geteilt, da der Einfluß der Schwingungen des Seils auf die Beanspruchung noch nicht genügend geklärt ist. Ausführungen von verjüngten Drahtseilen liegen bislang nur in geringer Zahl vor. Bestätigt längere Erfahrung ihre Anwendbarkeit, so gestatten sie die Erreichung von wesentlich größeren Teufen.

Für die Entscheidung dieser Frage sind noch die Betriebsergebnisse der elektrischen Fördermaschinen hinsichtlich der Drahtseile abzuwarten. Es ist zu vermuten, daß die Lebensdauer der Seile eine größere sein wird, weil einmal die durch das periodisch wechselnde Drehmoment hervorgerufenen Schwingungen wegfallen, und weil das Stauchen des Seils beim Anhalten infolge sanfteren Einfahrens vermieden wird. Es ist daher möglich, daß den verjüngten Seilen in Verbindung mit Spiralkörben, die unmittelbar mit den Ankern der Elektromotoren zusammengebaut sind, für größere Teufen die Zukunft gehören wird.

Ein kennzeichnendes Bild über die Entwicklung der Schachtförderseile gibt die Statistik des Oberbergamtsbezirks Dortmund, die in Fig. 43 graphisch dargestellt ist. Im Jahre 1872 waren hauptsächlich eiserne Seile in Gebrauch; auch Aloëseile wurden damals noch vielfach verwendet, während Stahlseile noch wenig vertreten waren. Die Zahl der Seilbrüche war damals im Verhältnis zur Zahl der überhaupt abgelegten Seile sehr groß. Vom Jahre 1877 an verschwanden die Hanfseile, von 1884 an die Aloëseile und von 1896 an die Eisenseile. Von da an finden sich nur noch Stahlseile, und zwar überwiegen weitaus die Rundseile über die Bandseile. Die Zahl der Seilbrüche nimmt fortwährend ab; namentlich das Verhältnis der gebrochenen zu den abgelegten Seilen wird immer günstiger. Das Schaubild ist somit ein ausgezeichnetes Zeugnis für die rasche Entwicklung der Seilindustrie.

Eine durchgreifende Wandlung hat sich im Laufe der Entwicklung hinsichtlich des Baumaterials und der Herstellung der Fördermaschinen vollzogen.

Die Göpel- und Wasserrad-Fördermaschinen vom 15. bis zum Beginn des 19. Jahrhunderts waren in fast allen ihren Teilen aus Holz ausgeführt; Schmiedeeisen wurde nur zu Klammern und Zapfen verwendet, Gußeisen kam überhaupt nicht vor. Die Maschinen wurden nicht in einer Maschinenfabrik sondern an der Baustelle hergestellt und lediglich örtlichen Verhältnissen angepaßt. Die primitive Formgebung entsprach den rohen Herstellungsmitteln.

Bei den Dampffördermaschinen verschwand bald Holz vollständig, Gußeisen wurde in großem Umfang verwendet. Die Herstellung wurde in die Maschinenfabrik verlegt.

Die Formgebung wurde eine sehr vollkommene: sie entsprach nicht nur der Herstellung und dem allgemeinen Gebrauchszweck, sondern sie ging im einzelnen auch darauf aus, die Instandhaltung und Reinhaltung der Maschine möglichst zu erleichtern, wodurch die Maschinen ein sauberes und demgemäß elegantes Aussehen gewannen.

Aber noch war jede Maschine eine Einzelkonstruktion, für die höchstens einzelne vorhandene Modelle von Zylindern u. dgl. verwendet wurden, die im übrigen aber meist für jeden Einzelfall besonders entworfen wurde unter weitgehendster Berücksichtigung der Sonderwünsche des Bestellers. Manche Bergbaureviere hatten geradezu ihren Sondertyp.

Kennzeichnend für diese Maschinen war auch, daß viele Teile, namentlich die Bremsteile, die Steuerungsteile, die Sicherungselemente nicht starr mit der Maschine verbunden waren, sondern für sich auf das Fundament geschraubt wurden. Es war daher nicht möglich, die Maschine in der Fabrik vollständig zu montieren; es blieb vielmehr dem Monteur an der Baustelle ein großer Teil der Anpaßarbeit und der Verantwortung.

Dabei blieb es bis zur Einführung des elektrischen Betriebes. Bei diesem tritt das Bestreben in den Vordergrund, Walzeisen in umfangreichstem Maße zu verwenden, nicht nur für die Seilscheiben und Trommeln, sondern auch für die Lagerrahmen der Maschine. Der Einfluß der Elektrotechnik macht sich auch bereits in dem Bestreben bemerkbar, eine Normalisierung der Maschinen herbeizuführen, d. h. die Maschine nicht mehr für jeden Einzelfall besonders zu entwerfen, sondern sie nach Normen mit modernen Herstellungsmethoden zu bauen und dadurch an Herstellungskosten zu sparen, genauere Arbeit zu erzielen und geringere Lieferzeiten zu ermöglichen. Dieses Bestreben macht sich namentlich in den Einzelheiten bemerkbar: Steuerstand, Teufenzeiger und Bremsen erhalten typische Gestalt. Die Maschine wird von vornherein so entworfen, daß sie allen örtlichen Verschiedenheiten gerecht wird, so daß eine Anpassung für jede Einzelausführung entbehrlich wird. Sondertypen für Reviere sind bei dem heutigen Aktionsradius der großen Werke unmöglich. Neuerdings macht sich auch das Bestreben bemerkbar, die Fördermaschine ebenso wie andere durchgebildete Maschinen als in sich geschlossene Maschinen zu bauen, d. h. Einzelteile zu vermeiden, die für sich auf das Fundament geschraubt werden müssen. Zweck dieser Bestrebung ist Verlegung aller Anpaßarbeit in die Maschinenfabrik, wo sie viel genauer und billiger hergestellt und sicherer geprüft werden kann als auf der Baustelle. Die Formgebung strebt äußerste Zweckmäßigkeit in Herstellung und Gebrauch sowie möglichst ruhige und übersichtliche Erscheinung an.

In jüngster Zeit sind mehrfache Vorschläge gemacht worden, die Förderung dadurch leistungsfähiger zu gestalten, daß zahlreiche, stetig bewegte Fördergefäße angewendet werden. Dies wäre erreichbar entweder durch Becherwerke oder durch Kletteraufzüge. Diese Vorschläge sehen verlockend aus, führen in der Einzelkonstruktion aber auf zahlreiche Schwierigkeiten; zu einer Ausführung ist es bisher nie gekommen.

Der wirtschaftliche Einfluß der Fördermaschine auf den Bergbaubetrieb ergibt sich am deutlichsten, wenn man die Göpelmaschine aus dem Jahre 1500 mit der Elektrofördermaschine aus dem Jahre 1903 vergleicht hinsichtlich ihrer Abmessungen, Leistungen, Anlagekosten und Betriebskosten. Dieser Vergleich ergibt sich aus folgender Gegenüberstellung:

Die Leistungsfähigkeit eines Bergwerks ist stets begrenzt durch die Leistung der Fördermaschine, es ist also die Fördermaschine das entscheidende Lebenselement für den Bergbaubetrieb. Die Schächte mit ihren Fördermaschinen haben für das Bergwerk dieselbe Bedeutung wie die Arterien und das Herz für den animalischen Körper. Bei größeren Teufen machen die Gesamtförderkosten, bestehend aus den Betriebskosten der Fördermaschine, aus den Besitzkosten des Schachtes und seines Zubehörs und aus den Kosten für die Wasserhebung, den Hauptanteil der Gestehungskosten der Kohle aus; man bezeichnet als »abbauwürdige Teufe« diejenige, bei der die Förderkosten im Verhältnis zu den Gesamtkosten noch nicht Übermäßig sind. Jede Vervollkommnung der Fördermaschinen in bezug auf die Gesamtförderkosten ist daher von unmittelbarer Bedeutung für den Verkaufspreis der Kohle.

Wenn man anderseits bedenkt, daß unsere gesamte moderne wirtschaftliche Entwicklung, und damit mittelbar die geistige auf der Ausnutzung der in der Kohle aufgespeicherten Sonnenenergie früherer Jahrtausende beruht, so wird die Bedeutung der Fördermaschine für die Volkswirtschaft deutlich sichtbar.

Im Jahre 1900 wurden in Deutschland insgesamt 149000 t gefördert. Würde die durchschnittliche Teufe, aus der diese Kohlen gefördert werden, 500 m betragen haben, so würde unter Annahme von 6000 Förderstunden im Jahre hierzu dies einer Arbeitsleistung entsprechen von

149788000000 kg × 500 m6000 Std. × 3600 Sek. × 75 = 46250 PS.

Unter Voraussetzung von täglich 8 Arbeitsstunden würden für diese Leistung rd. 150000 Pferde oder rd. 1500000 Menschen, also rd. ein Vierzigstel der Gesamtbevölkerung Deutschlands erforderlich gewesen sein.