Haspel (Bergbau)

Als Haspel werden im Bergbau sämtliche Zug- und Hubwinden zur Betätigung von Zug- und Förderseilen bezeichnet. Bereits Anfang des 12. Jahrhunderts wurden Haspeln im Bergbau zum Heben und Bewegen von Lasten in Schächten eingesetzt.

Geschichte miniatur|Rekonstruktion einer alten Handhaspel am Sauerberg bei Suhl

Bereits seit dem Jahr 1168 wurden Fördergüter mit Hilfe von Handhaspeln in seigeren Schächten gefördert. Angetrieben wurden diese Haspeln durch die Muskelkraft der Bergleute, die man Haspelknechte nannte. Allerdings waren diese Haspeln nur für eine Teufe von 45 bis maximal 100 Metern geeignet, auch konnten keine größeren Lasten damit transportiert werden. Damit Lasten über 100 Kilogramm gehoben werden konnten, mussten diese Maschinen mit bis zu vier Haspelziehern ausgestattet sein, dadurch waren sie auch sehr personalintensiv. Ab dem 15. Jahrhundert, als man in größere Teufen vorstieß, wurden diese manuell betriebenen Hebemaschinen nach und nach von leistungsfähigeren Göpeln, die mit Wasserkraft angetrieben wurden, verdrängt. Ab dem 19. Jahrhundert wurden im Freiberger Bergrevier Handhaspeln aus Stahl, die ein Zahnradgetriebe mit Übersetzung hatten, eingesetzt. Mit verstärktem Einsatz von Druckluft im Bergbau wurden unter Tage druckluftbetriebene Haspeln eingesetzt. Auch heute noch werden im Steinkohlenbergbau Haspeln als Antriebsmittel für Flurförderbahnen, Einschienenhängebahnen und als Antriebsmaschinen für Blindschachtfördermaschinen verwendet. Für kleinere Haspeln werden druckluftbetriebene und für größere Maschinen elektrische oder elektrohydraulische Antriebsmaschinen verwendet.

Mit Muskelkraft betriebener Haspel Handhaspel In seinen 12 Büchern vom Berg- und Hüttenwesen „De re metallica libri XII“ beschreibt Agricola bereits mehrere verschiedene Handhaspeln. Je nach Antriebsmechanismus werden vier Handhaspeln unterschieden:

der gewöhnliche Horn- oder Berghaspel der Schwungradhaspel der Kreuzhaspel der Vorgelegehaspel.

Hornhaspel mini|Haspel nach Agricola mini|Zweimännischer Haspel mit hölzernem Förderkübel

Der Hornhaspel besteht aus einer Konstruktion von zwei Stützen, die Haspelstützen oder Haspelstuhl genannt werden. Die Haspelstützen sind an den Enden mit Schlitzen versehen, die mit Eisen bewehrt sind. Außerdem hat der Hornhaspel einen Rundbaum als Welle, an dessen beiden Enden jeweils ein Zapfen angebracht ist. Diese Zapfen sind etwa acht Zoll tief in den Rundbaum eingesetzt. Die Zapfen sind an den Enden, die über die Lager hinausragen, platt geschmiedet. An den Zapfen hat der Rundbaum seine größte Festigkeit. Mit diesen Zapfen liegt der Rundbaum auf den Schlitzen des Haspelstuhls auf. Der Abstand der Haspelstützen zueinander wird durch die benötigte Länge des Rundbaums bestimmt, welche wiederum von der Anzahl der Seilumschläge und vom Durchmesser des Förderseiles abhängt. Zu dieser Länge wird noch einmal ein seitlicher Zuschlag von jeweils einem Fuß gerechnet. Die in den Schlitzen befindlichen Eisen werden Pfadeisen genannt, sie dienen als Lager für die Zapfen. Damit der Rundbaum nicht aus den Lagern springen kann, wird über dem Zapfen ein Splint oder ein Nagel quer durch das Pfadeisen gesteckt, dieser Stift wird Vorstecker genannt. Die mittlere Länge des Rundbaumes beträgt etwa sieben Fuß, der Durchmesser des Rundbaumes beträgt beim zweimännischen Haspel acht bis neun Zoll und beim viermännischen Haspel 10 bis 12 Zoll. Der Abstand zwischen Pfadeisen und Hängebank beträgt etwa 40 Zoll. Die Höhe der Haspelstützen, bei der der Haspelknecht seine Körperkraft optimal einsetzen kann, beträgt 60 % der Körpergröße des Haspelknechtes. Der Durchmesser des Rundbaums ist abhängig von der zu befördernden Last und von der Teufe des Schachtes. Auf den Rundbaum werden die Förderseile aufgewickelt.

Das Förderseil wird mittels einer Seilklammer am Rundbaum festgeschlagen, dazu wird am Seilende eine Schlinge erstellt, über die die Seilklammer geschlagen wird. Damit sich das Seil nicht über die Wellenlänge aufwickelt und dadurch in den Zapfen gerät, wird an den Rundbaumenden ein sogenannter Wellendaumen, der aus zwei gebogenen Bolzen besteht, angebracht. Die benötigte Seillänge und der Durchmesser des Rundbaums bestimmen die Anzahl der Seilumschläge. Um das Gewicht des Förderkübels auszugleichen, werden die Rundbäume vielfach konisch gestaltet. Wo es aus Platzgründen möglich ist, werden auch zwei Förderseile auf dem Rundbaum aufgebracht, an deren Enden sich jeweils ein Förderkübel befindet. Dadurch wird die Nebenlast des Kübels wenigstens teilweise ausgeglichen. Für den Betrieb mit zwei Förderkübeln werden die Förderseile gegenläufig auf den Rundbaum aufgewickelt. Dadurch werden die Kübel auch in unterschiedliche Richtungen bewegt: Während der volle Kübel hinaufgezogen wird, wird der leere Kübel in die Grube befördert. An den Zapfenflügeln befindet sich jeweils ein Hebel, das Haspelhorn. Diese Haspelhörner dienen zum Drehen des Rundbaums. Die Haspelhörner bestehen aus einem zweimal gebogenen Eisen, das an einer Seite platt geschlagen ist. Mit dieser flachen Seite wird das Haspelhorn am Rundbaum befestigt. An der anderen Seite ist das Haspelhorn wie eine runde Stange geformt, damit sie besser durch die Hand gleiten kann. Der Arm des Haspelhorns ist etwa 18 bis 20 Zoll, der Griff ist etwa 16 Zoll lang. Die Länge des Kurbelarmes ist dann optimal, wenn der Griff des Haspelhorns beim höchsten Stand nicht über die Schultern und beim tiefsten Stand nicht unter das Knie des Haspelknechtes ragt. Die Haspelhörner bilden einen Hebel, durch den die Kraft auf den Rundbaum ausgeübt wird. Dabei verhält sich die aufzubringende Kraft zur angehängten Last wie der Radius des Rundbaums zur Länge des Haspelarmes. Je dünner also der Rundbaum und je länger der Haspelarm, desto geringer ist der benötigte Kraftaufwand. Allerdings lässt sich die Länge des Kurbelarmes des Haspelhorns und der Durchmesser des Rundbaumes nur in engen Grenzen variieren. Da sich ein zu langer Kurbelarm vom Haspelzieher nur sehr schlecht handhaben lässt, ist die Länge des Haspelhorns nur bedingt verlängerbar. Bei dickeren Rundbäumen kommt es deutlich weniger zum Überschlagen der Förderseile, sodass dickere Rundbäume vorteilhafter sind als dünnere.

Die gesamte Konstruktion ist auf dem Haspelgerüst aufgebaut. Das Haspelgerüst besteht aus vier Holzbohlen, die zusammengebaut ein längliches Viereck bilden. Die beiden Hölzer auf der langen Seite werden Hängebank, die beiden Hölzer auf kurzen Seite werden Pfühlbäume genannt. Die Pfühlbäume bestehen aus 10 bis 11 Zoll starken Balken, die zu beiden Seiten über die Schachtscheibe hinausragen. Die Hängebanke besteht aus zweizölligen Bohlen, die auf die Pfühlbäume aufgenagelt werden. Rings um die Schachtöffnung wird dicht am Rand eine Leiste aufgenagelt, damit insbesondere im Winter bei Eisbildung niemand in den Schacht rutschen kann. In der Regel befindet sich über der Schachtöffnung eine Abdeckung, die Haspeltür. Sie dient dazu das Gegenstände die auf der Hängebank liegen nicht so ohne weiteres in den Schacht gestoßen werden können. Auf den Pfühlbäumen werden in der Mitte die Haspelstützen angebracht. Die Haspelstützen sind senkrecht in die Pfühlbäume eingezapft. An den Haspelstützen ist parallel zum Rundbaum eine glatte Stange angebracht, die Wehrstange genannt wird. Diese Stange dient demjenigen Haspelzieher, der den Förderkübel heranzieht, zum Abstützen. Die Wehrstange wird so stark dimensioniert, dass sie durch das Gegenstemmen nicht durchbiegt oder zerbricht. Aus diesem Grund besteht sie meistens aus Eisen, was sich allerdings im Winter aufgrund der Längenänderung des Haspelholzes nachteilig auswirkt.

Der Hornhaspel ist von den im Bergbau verwendeten Handhaspeln der Haspel, der am meisten verwendet wurde. Er wurde hauptsächlich zur Förderung in Schächten verwendet. Wurde der Hornhaspel hauptsächlich zum Hinablassen von Lasten verwendet, so wurde er mit einem Bremswerk (Premswerk) verbunden. Dieses Bremswerk besteht aus zwei runden Scheiben aus starken Dielen, die dicht nebeneinander am Rundbaum angebracht sind. Über die beiden Scheiben werden mit sogenannten Zirkelstücken versehene Hebelarme angebracht. Durch entsprechendes Andrücken der Hebelarme auf die Scheiben wird die Bewegung des nach unten treibenden Förderkübels verzögert.

Schwungradhaspel mini|Schwungradhaspel nach Agricola

Der Schwungradhaspel ist ähnlich konstruiert wie der Hornhaspel. Zusätzlich befindet sich beim Schwungradhaspel an einem Ende außerhalb der Haspelstützen, unmittelbar am Rundbaum oder an der Verlängerung des Bleizapfens, ein Schwungrad. An einer der Speichen des Schwungrades ist ein Drehling oder Spille befestigt. An der gegenüberliegenden Seite befindet sich ein Haspelhorn. Aufgrund der erhöhten Friktion wird für die Bewegung des Schwungradhaspels mehr Kraft benötigt als beim Hornhaspel. Dadurch werden die Vorteile des Schwungrades durch die Nachteile wieder aufgewogen. Versuche haben ergeben, dass die Haspelzieher mit Schwungradhaspeln weniger leisten konnten als mit gewöhnlichen Hornhaspeln. Dafür gibt es mehrere Gründe. Zunächst einmal kommt die Wirkung des Schwungrades aufgrund der ungünstigen Positionierung des Schwungrades am Wellenende nicht voll zur Geltung. Um die Wirkung optimal ausnutzen zu können, müsste es in der Wellenmitte positioniert sein, was nicht möglich ist. Außerdem muss zunächst eine höhere Kraft aufgebracht werden, um den Schwungradhaspel in Gang zu setzen. Ist der Haspel erst einmal in Gang gesetzt, lässt er sich aufgrund der im Schwungrad gespeicherten Rotationsenergie nur mit zusätzlichem Kraftaufwand stoppen. Dies ist bei einer Störung während des Treibens sehr nachteilig und erfordert einen besonderen Kraftaufwand zum Abbremsen des Haspels. Überdies wirkt sich das Gewicht des Schwungrades nachteilig auf die Laufeigenschaften des Haspels aus, da es die Friktion leicht erhöht. Die Vorteile kommen hauptsächlich bei tieferen Schächten zur Geltung.

Kreuzhaspel mini|Kreuzhaspel nach Agricola

Beim Kreuzhaspel wird die Welle durch eingesteckte Arme bewegt. Im Prinzip ist er genauso aufgebaut wie der Hornhaspel, allerdings werden an den Enden anstatt der Haspelhörner sogenannte Haspelwinden angebracht. Die Haspelwinden bestehen aus runden, kreuzweise durch den Rundbaum gesteckte Hölzern, mit denen der Rundbaum gedreht wird. Diese Art des Handhaspels hat sich im Bergbau nicht bewährt.

Vorgelegehaspel Beim Vorgelege- oder Getriebehaspel erfolgt die Kraftübertragung nicht unmittelbar vom Haspelhorn auf den Rundbaum, sondern über eine zweite Welle, die Vorgelege genannt wird. Dieses Vorgelege ist mit einem Zahnrad versehen, das in ein am Rundbaum angebrachtes Zahnrad greift. Durch diese Konstruktion ist der Vorgelegehaspel für den Transport größerer Lasten geeignet. Vorgelegehaspel haben aufgrund der Reibung der Zähne und der Lagerreibung der erforderlichen Wellen des Vorgeleges eine größere Friktion als normale Haspeln ohne Vorgelege. Bei kleineren Hornhaspeln bringt die Verwendung eines Vorgeleges deshalb keine Vorteile, da durch entsprechende Konstruktion der Haspelhörner und der Haspelwelle, bedingt durch die Hebelwirkung des Haspelhorns, ebenfalls eine geringere Kraft aufgewendet werden muss. Der Nutzen eines Vorgeleges kommt nur zum Tragen, wenn größere Lasten transportiert werden müssen und somit die Länge der Haspelhörner eine bestimmte Größe überschreiten würde. Weitere Gründe für den Einsatz von Vorgelegehaspeln sind das Fördern aus größeren Teufen und das Überschlagen des Seils, das bei dünneren Rundbäumen vorkommen kann. Außerdem ist bei der Verwendung von größeren Fördergefäßen ein Vorgelegehaspel von Vorteil, wenn sich die Verwendung eines Göpels aus Kostengründen nicht rentiert. Allerdings werden mit Vorgelegehaspeln geringere Fördergeschwindigkeiten erreicht als mit Haspeln ohne Vorgelege.

Laufradhaspel mini|Brunnenhaus mit Laufradhaspel auf der Konradsburg