mini|Rekonstruierter offener Pferdegöpel auf dem Gelände des Besucherbergwerks Rudolphschacht in Lauta mini|Original erhaltene Göpelschachtanlage der Schiefergrube in Lehesten (Thüringen), die Anlage wurde zwischen 1846 und 1964 betrieben mini|Modell einer Göpelpyramide in Pobershau (Erzgebirge)
Ein Göpel oder Göpelwerk, bis ins 19. Jahrhundert auch Göpelkunst, ist eine Kraftmaschine, die durch Muskel-, Wasser-, Wind- oder Dampfkraft angetrieben wird. Das Göpelwerk besteht mindestens aus einer meist senkrechten Antriebswelle und einem einfachen Getriebe mit einer Abtriebswelle. Das Gebäude, in dem der Göpel untergebracht ist, heißt „Göpelhaus“ bzw. „-kaue“ oder „Treibekaue“.
Göpel kamen in Mitteleuropa seit dem ausgehenden 14. Jahrhundert vor allem im historischen Bergbau als Förderanlagen zum Einsatz. Später wurden sie auch in der Landwirtschaft zum Antrieb von Maschinen eingesetzt. Kleinere oder größere Modellnachbildungen in Form von Göpelpyramiden sind heute beliebte erzgebirgische Weihnachtsdekorationen.
Geschichte mini|Darstellung eines Pferdegöpels mit Getriebe und über Rollen laufenden Zugseilen von Taccola (um 1430)
Bergbau, Wasserschöpfen Erste Erwähnungen über die Nutzung von Göpelwerken stammen aus dem 3. Jahrhundert v. Chr. In Ägypten waren diese, unter dem Namen Sakiah bekannten Göpel zum Wasserschöpfen weit verbreitet. Urkunden, die König Wenzel II. von Böhmen um 1300 für die Bergstadt Kuttenberg ausstellte, nennen „Pferde, Seile und anderes Material zum Wasserschöpfen“. Von Kuttenberg aus verbreitete sich diese Technik Anfang des 14. Jahrhunderts auch in anderen Bergbaugebieten, so u. a. nach Kärnten und Salzburg. Grund für die starke Verbreitung im Bergbau war die Tatsache, dass bedingt durch die zunehmende Teufe der Schächte die bis dahin zur Schachtförderung genutzten Handhaspel nicht mehr ausreichten. Eine der frühesten Darstellungen eines Pferdegöpels mit Getriebe und über Rollen laufenden Zugseilen stammt aus der Zeit um 1430 vom italienischen Ingenieur Taccola. Auch die Illustrationen im um 1490/1500 entstandenen Kuttenberger Kanzionale (Sammlung lateinischer Gesänge) zeigt einen Pferdegöpel im Bergbau. Pferdegöpel wurden auch Roßwerk genannt. Ein Pferdegöpel als Antrieb einer Wasserhebemaschine ist im Schneeberger Bergbau für 1476 urkundlich belegt.
Teilweise blieben Pferdegöpel auch in der Dampfmaschinenzeit noch im Einsatz. Im Erzgebirge wurden selbst im 19. Jahrhundert noch neue Pferdegöpel errichtet, so u. a. 1838 auf dem Rudolphschacht in Lauta und 1844 auf dem Türkschacht bei Zschorlau. In Johanngeorgenstadt stand 1948 noch ein Pferdegöpel. Die nur sporadische Förderung auf diesem Schacht wurde aber schon 1917 eingestellt. Im Freiberger Revier wurde der letzte Pferdegöpel um 1920 außer Betrieb genommen.
Landwirtschaft Ab der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts wurden Göpel verstärkt auch in der Landwirtschaft zum Antrieb unterschiedlicher Arbeitsmaschinen eingesetzt, insbesondere zum Antrieb von Dreschmaschinen. Im 20. Jahrhundert wurden Göpel zunehmend durch Dampfmaschinen ersetzt. In der Landwirtschaft wurden Göpel noch in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts eingesetzt, erhalten sind z. B. die Pferdemühle in Tallinn oder die Apfelmühle von Pleudihen-sur-Rance. Sie wurden erst später durch Motoren ersetzt. Göpelschöpfräder werden auch heute noch in Ägypten eingesetzt. In Entwicklungsländern dienen sogenannte Universalgöpel zur Erntenachbearbeitung und zur Wasserförderung.
In Amerika betreiben die zu den Mennoniten alter Ordnung gehörenden Noah-Hoover-Mennoniten, die jegliche Art von Motoren ablehnen, in Belize und in den USA mit einem Rundgang-Pferdegöpel betriebene Mühlen, beispielsweise eine Sägemühle in Springfield, Belize oder eine Sorghum-Mühle in Scottsville, Kentucky.
Grundlagen und Funktionsprinzip Der Göpel ist die einfachste Maschine, mit der die Muskelkraft eines Zugtieres auf eine Achse übertragen werden kann. Durch die Muskelkraft des im Kreis laufenden Tieres wird eine Zugbewegung auf einen langen Hebel, dem sogenannten Zugbaum, an dem die Tiere angeschirrt sind, übertragen. Der Zugbaum ist an einem Ende an einer senkrecht stehenden und an den Enden gelagerten Welle befestigt, die als Göpelbaum bezeichnet wird. Durch die kontinuierlich einwirkende Zugkraft wird der Zugbaum nach vorne gezogen und übt so eine Drehkraft auf den Göpelbaum aus, wodurch die Drehung entsteht. Die vorwärts gerichtete Muskelkraft wird dabei in eine rotierende Bewegung umgewandelt. Das Tier dient in diesem Fall praktisch als Motor. Der relativ langsame Gang der Tiere bewirkt jedoch nur eine geringe Umdrehungszahl des Göpelbaums. Werden höhere oder auch niedrigere Drehzahlen benötigt, muss die Umdrehung der Hauptwelle über eine Zahnradübersetzung in eine andere Drehzahl umgewandelt werden. Typische Abtriebe von Göpeln sind Riemenscheiben, die ihrerseits über Riemen mit den Arbeitsmaschinen, z. B. Sägen oder Mahlwerke, verbunden sind. Soll der Göpel eine andere Drehrichtung erzeugen, so wird ein spezielles Vorgelege benötigt. Die Drehbewegung der Göpelwelle kann über Antriebswellen oder mittels Riemenantrieb auf externe Arbeitsmaschinen weitergeleitet werden.
Göpeltypen mini|Oberharzer Bergwerksmuseum, translozierter original erhaltener Pferdegaipel von der Grube Hilfe Gottes in Bad Grund, Betriebsbeginn 1831.
Im Laufe der Jahre wurden unterschiedliche Göpeltypen entwickelt und gebaut. Je nach Krafteinleitung unterscheidet man hierbei zwischen Zuggöpeln und Tretgöpeln. Zuggöpel werden auch als Rundlaufgöpel bezeichnet. Eine weitere Unterteilung der Göpel erfolgt in stehende Göpel und liegende Göpel. Entscheidend bei dieser Einteilung ist die Höhe des Göpels und die Lagerung der Hauptwelle. Von sämtlichen Göpeltypen haben sich nur wenige durchgesetzt. Der einfachste Göpeltyp war der Handgöpel, der auch als gemeiner Göpel bezeichnet wurde. Wesentlich größer und leistungsstärker war der gewöhnliche Pferdegöpel. Weitere Typen des Rundlaufgöpels waren der Stirnradgöpel, der Glockengöpel, der Bügelgöpel und der Säulengöpel. Säulengöpel gehören zu den stehenden Göpeln. Stirnradgöpel, Glockengöpel und Bügelgöpel bezeichnet man auch als liegende Göpel.
Es gibt feststehende und transportable Göpel. Für die Aufstellung eines feststehenden Göpels wird ein festes Haus benötigt. Dies ist erforderlich, damit man entsprechende Stütz- und Lagerpunkte erhält. Aus diesem Grund werden feststehende Göpel auch Gebäudegöpel genannt. Transportable Göpel sind auf ein Gestell montiert, mit dem sie leichter von einem Ort zum anderen bewegt und am Einsatzort sofort verwendet werden können. Dieses Gestell besteht aus einem Rahmen aus hölzernen Balken, die miteinander verzapft sind. Zur Stabilität des Rahmens sind hölzerne Streben eingebaut.
Göpel der ersten Generation mini|Rekonstruierter Pferdegöpel Johanngeorgenstadt Allgemeines Bei dieser Göpelgeneration bildeten die Kraftmaschine und die Arbeitsmaschine in der Regel eine komplexe Einheit. Nur bei einigen Anwendungsfällen waren der Göpel und die anzutreibende Maschine räumlich voneinander getrennt und nur durch eine Welle miteinander verbunden. Die Verbindung erfolgte über eine einfache Zahnradkonstruktion. Hierfür wurde an der Göpelwelle an geeigneter Stelle ein umlaufender Radkranz angebaut. In den Kranz wurden über den gesamten Umfang hölzerne Pflöcke montiert. In diese Pflöcke griffen die Pflöcke eines kleineren Rades, das mit der Transmissionswelle verbunden war. Jeder Göpel wurde einzeln handwerklich gefertigt und war auch nur für eine spezielle Aufgabe vorgesehen. Der Göpel wurde in der Regel komplett aus Holz gefertigt. Als Bauholz wurde überwiegend Fichtenholz verwendet. Einzelne besonders beanspruchte Teile des Göpels wie z. B. die Göpelwelle wurden auch aus anderen Hölzern gefertigt. Damit diese Welle genügend Festigkeit für die Drehbewegungen besitzt, wurde sie in der Regel aus Eichenholz gefertigt. Es wurden für den Bau von Hauptwellen aber auch andere geeignete Hölzer wie z. B. Weißföhren, Schwarzföhren oder Lärchen verwendet. Beim Bau der Göpel wurden viele zusätzliche, oftmals auch überflüssige, hölzerne Bauelemente verwendet. Dadurch waren diese Göpel sehr schwerfällig und hatten, trotz ihrer Leistung von nur wenigen PS, enorme Abmessungen. Hinzu kam, dass diese Göpel sehr störanfällig waren. Durch Weglassen von überflüssigen Bauteilen und Einbau von verbesserten, weniger störanfälligen, Bauteilen wurden diese Mängel behoben. Dort, wo es aus technischen Gründen erforderlich war, wurden einzelne Elemente auch aus Schmiedeeisen oder Stahl gefertigt. Zur Kraftübertragung auf andere Maschinen verwendete man geschmiedete Zahnräder, die jedoch, nach heutigen Maßstäben, sehr ungenau waren.
Gewöhnlicher Pferdegöpel mini|Rekonstruierter Pferde-Rundgöpel in Wieliczka mini|Rekonstruierter Pferdegöpel der Markus Röhling Fundgrube im Annaberg-Buchholzer Ortsteil Frohnau
Dieser Pferdegöpel ist auf einem Fundament befestigt, das als Göpelstock bezeichnet wird. Das Fundament besteht aus einer runden oder achteckigen Fundamentmauer, auf die Schwellen in achteckiger Form aufgelegt werden. Dieses Fundament wird so nivelliert, dass die Schwellenoberkante etwa einen Fuß über dem Boden ist. In das Fundament ist eine Vertiefung, die sogenannte Pfanne, eingelassen, in der sich der untere Zapfen der Hauptwelle frei dreht. Diese Pfanne ist aus Stahl, man nennt sie auch Zapfenlager. Das Zapfenlager wird, um Reibungsverluste zu verringern, immer gut geschmiert und bei Bedarf gereinigt. An den Fundamentbohlen werden an den Ecken die Hauptsparren aufgerichtet und befestigt. Die Hauptsparren werden am oberen Ende in einen kurzen zylindrischen Pfosten eingelassen. Dieser Pfosten bildet den Kopf des Gebäudes.
Zwischen dem oberen und dem unteren Verlagerungspunkt ist eine vertikal stehende Welle drehbar befestigt. Sie besteht aus einer hölzernen Säule, die sich um ihre eigene Achse dreht. Diese Welle ist die Hauptwelle des Göpels. Sie wird Göpelwelle, Göpelspille, Göpelspindel, Spindelbaum oder Ständerbaum genannt. Diese Hauptwelle hat einen mittleren Durchmesser von 24 bis 30 Zoll. Damit die Hauptwelle auch als Antriebswelle fungieren kann, muss sie mittels langer Hebel in Drehung versetzt werden. Hierfür sind im unteren Bereich des Spindelbaums mehrere Hebelarme, die sogenannten Kreuzbäume, befestigt, mit denen die Achse in beide Richtungen gedreht werden kann. In die Welle wird jeweils am oberen und am unteren Ende ein Zapfen fest eingefügt. Damit die Welle beim Drehen nicht schleudert, wird der Zapfen genau zentrisch in die Welle eingesetzt. Der untere Zapfen der Welle, die Spindel, wird aus Stahl hergestellt. Der obere Wellenzapfen wird aus qualitativ hochwertigem Schmiedeeisen gefertigt, dies ist erforderlich, da der Zapfen beim Drehen der Spindelwelle Stößen ausgesetzt ist. Als Lager werden entweder Deckellager oder Seitenlager verwendet, allerdings werden Seitenlager bevorzugt. Der obere Zapfen hat eine größere Länge als eigentlich nötig, diese „Überlänge“ soll verhindern, dass der Zapfen aus dem Lager gleitet, falls sich die Welle senkt.