mini|Fördergerüst des Petersenschachtes in Sondershausen (Jugendstil). Es ist dem Eiffelturm nachempfunden und gilt als eines der schönsten seiner Art. mini|Fördergerüst über dem Deutschen Bergbau-Museum Bochum
Als Fördergerüst, Seilscheibengerüst, Seilscheibenbock oder Seilscheibenstuhl bezeichnet man eine Konstruktion, die über dem Schacht eines Bergwerks oder einer Tunnelanlage, aus unterschiedlichen Baumaterialien errichtet wird und die der Aufnahme der Seilscheiben dient. Vom Fördergerüst unterschieden wird der Förderturm, bei dem sich die Fördermaschine meistens im Turm direkt über dem Schacht befindet. Fördergerüste können nach der Inbetriebnahme, im Gegensatz zu Fördertürmen, ausgewechselt werden. Fördergerüste und Fördertürme sind die markantesten Bauwerke eines Bergwerks, die das Erscheinungsbild jeder Bergwerksanlage besonders prägen.
Geschichte Mit dem Erschöpfen oberflächennaher Bodenschätze ergab sich die Notwendigkeit des Teufens von Schächten, die zur Förderung des Erzes und zur Fahrung dienten. Als Fördermittel war zunächst der Handhaspel im Gebrauch. Dieser wurde direkt über dem Schacht aufgestellt und durch eine Haspelkaue geschützt. Mit dem Erreichen immer größerer Teufen benötigten die Bergleute größere Antriebsleistungen und es wurden Kehrräder sowie Göpel eingesetzt. Hier wurde erstmals eine Umlenkung der Förderseile oder -ketten notwendig. In seinem Werk De re metallica beschreibt Georgius Agricola diese frühen Fördermaschinen ausführlich in Wort und Bild. Allerdings war die Leistungsfähigkeit dieser Antriebe nicht mit denen der modernen Bergwerke vergleichbar. Da die Förderkapazität aufgrund der Antriebskraft gering war, konnte für die Seilscheibengerüste eine leichte Bauweise z. B. in Holzausführung angewandt werden. Während man im englischen und teilweise auch im französischen Bergbau die Seilscheibengerüste frei aufstellte, verfolgte man im deutschen Bergbau ein anderes Konzept. Hier wurden die hölzernen Seilscheibengerüste zum Schutz vor der Witterung mit einer Einhausung oder einem Schachthaus umbaut.
Die Erfindung der Dampfmaschine ermöglichte das weitere Vordringen in größere Teufen. Die Dampfmaschinen wurden generell ebenerdig neben dem Schacht aufgestellt. Diese Aufstellungsweise bezeichnete man zur Unterscheidung von der Aufstellung über dem Schacht als Flurfördermaschine. Da die Förderseile in der Schachtachse verlaufen müssen, wurden sie über die Seilscheiben umgelenkt. Zunächst wurden dafür gemauerte Treibehäuser gebaut, die sowohl Fördermaschine als auch Hängebank aufnahmen. Parallel dazu fanden auch hölzerne Fördergerüste Verwendung, die Drahtseile schützte man vor der Witterung durch Verschalungen. Beide Bauformen konnten jedoch der stürmischen Entwicklung der Dampfmaschinen und der immer größeren Teufe der Schächte auf Dauer nicht genügen. Wenn man möglichst hohe Fördergeschwindigkeiten und die dafür nötige Sicherheit gewährleisten wollte, benötigt man über der Rasenhängebank mehr freie Höhe und die Gerüste und Einhausungen mussten daher höher gebaut werden. Die höheren Antriebskräfte und der längere Hebelarm zur Lagerung der Seilscheibe erhöhte die auf das Schachtgerüst wirkenden Kräfte.
Daher ging man zum Bau von Türmen mit massiven Strebepfeilern über (Malakow-Turm) und/oder baute innerhalb des Gebäudes einen hölzernen bzw. eisernen Seilscheibenstuhl ein. Anfangs waren die starken Mauern und das entsprechende Eigengewicht der Malakowtürme ausreichend, um die Kräfte aufzunehmen. Zum Ende des 19. Jahrhunderts wurden Seilscheibengerüst in die Türme eingebaut oder nachgerüstet. Die Strebenkonstruktion nimmt die Kräfte auf, die in Richtung der Kraft aus der Achse Fördermaschine – Seilscheiben und der Gewichtskraft der im Schacht hängenden Förderkörbe resultiert. Das erste stählerne Fördergerüst wurde im Jahr 1864 auf einem Bergwerk der französischen Stadt Hainaut errichtet. Seit der Mitte der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts kamen mehr und mehr freistehende Stahlkonstruktionen als Strebengerüste in Gebrauch. Der geschlossene Malakowturm bzw. das Treibehaus wurde meist nur noch bei ausziehenden Wetterschächten eingesetzt, da diese Bauform den Schacht zur Umgebung verschließt, um Wetterkurzschlüsse zu vermeiden. Im 20. Jahrhundert prägten die Fördergerüste die Industrieregion des Ruhrgebiets. Hier wurden vornehmlich Tomson-Böcke, Strebengerüste und Doppelbockgerüste errichtet.
Grundlagen Das Fördergerüst hat zwei wesentliche Aufgaben. Zum einen muss das Fördergerüst als Stützbock für die Seilscheiben dienen und zum anderen soll das Fördergerüst für den Förderkorb oder für das Fördergefäß außerhalb des Schachtes eine entsprechende Führung bilden. Bei der Konstruktion eines Fördergerüstes müssen die erforderliche Höhe und die Art der Lagerung der Seilscheiben berücksichtigt werden. Die Höhe eines Fördergerüstes hängt von mehreren Faktoren ab. Ein wesentlicher Faktor ist die Freie Höhe, also der Abstand zwischen dem Zwischengeschirr, wenn der Fördergutträger sich in der höchsten Betriebsstellung befindet, und dem Prellträger. Dieser Abstand ist als Mindestabstand bergbehördlich vorgeschrieben. Er beträgt bei größeren Seilfahrtanlagen zehn Meter, bei kleineren Seilfahrtanlagen drei Meter. Diese Distanz ist erforderlich, damit im Falle eines Übertreibens noch ein genügender Sicherheitsabstand zwischen der Hängebank und den Seilscheiben bleibt. Der Sicherheitsabstand wird oftmals auch größer gewählt und beträgt bei einzelnen Anlagen bis zu 25 Meter. Innerhalb des Sicherheitsabstandes, der dem Fördergutträger im Falle eines Übertreibens als Übertreibweg dient, wird das Fördermittel durch die Sicherheitsbremse der Fördermaschine und durch die Übertreibsicherung soweit abgebremst, dass es möglichst noch vor dem Prellträger zum Stehen kommt. Ein weiterer Faktor, der einen Einfluss auf die Höhe des Fördergerüstes hat, ist die Lage der Hängebank. Hierbei ist in erster Linie die örtliche Lage der weiterverarbeitenden Betriebsteile wie Sieberei und Aufbereitungsanlage zu berücksichtigen. Des Weiteren muss die Höhe des Fördergerüstes so bemessen sein, dass eine ausreichende Höhe zum Einhängen von Langmaterialien wie z. B. Rohre, langes Grubenholz oder Schienen verbleibt. Wird die Rasenhängebank anstelle einer Hängebank als Förderanschlag genutzt, so kann das Fördergerüst entsprechend niedriger gebaut werden. Letztendlich hat auch die Höhe des Fördergutträgers einen wesentlichen Einfluss auf die Höhe des Fördergerüstes.
Die Lagerung der Seilscheiben im Fördergerüst kann, je nach Stellung der Fördergutträger zueinander und zur Richtung der Seilträgerachse, über- oder untereinander erfolgen. Werden bei der Fördermaschine Bobinen oder Trommeln als Seilträger verwendet, dann werden die Seilscheiben nebeneinander im Fördergerüst gelagert. Grund hierfür ist die seitliche Seilablenkung, die aufgrund der Breite des Seilträgers entsteht. Zur Verringerung dieser Seilablenkung ist ein seitlicher Abstand der Seilscheiben zueinander erforderlich. Wird als Seilträger eine Treibscheibe verwendet, ist die Lagerung der Seilscheiben übereinander günstiger. Durch diese Anordnung der Seilscheiben wird das Fördergerüst schmaler, aber bedingt durch die Abmessungen der Seilscheiben auch höher. Allerdings ergibt sich durch die übereinander gelagerten Seilscheiben ein kleinerer Umschlingungswinkel an der Treibscheibe. Beim Bau eines Fördergerüstes müssen außerdem die auftretenden Zugkräfte berücksichtigt werden und das Gerüst entsprechend konstruiert werden. Zudem ist zu berücksichtigen, dass der gesamte auf die Seilscheibe wirkende Seildruck vom Fördergerüst aufgenommen werden muss. Aus Sicherheitsgründen müssen Fördergerüste mit einer genormten Blitzschutzanlage ausgestattet sein.
Baumaterialien Für den Bau von Fördergerüsten und Fördertürmen wurden unterschiedliche Baumaterialien eingesetzt. Für den Bau wurde Holz, Holz mit Mauerwerk kombiniert, Stahl, Gusseisen oder Stahlbeton verwendet. Das älteste Baumaterial war Holz, da es billig zu bekommen und leicht zu bearbeiten war. Die einzelnen Hölzer werden miteinander verzapft oder mittels eisernen Schrauben und Platten miteinander zum Gerüst verschraubt. Allerdings haben diese Gerüste nur eine relativ geringe Lebensdauer, die je nach klimatischen Bedingungen zwischen 15 und 18 Jahren liegt. Im besonders rauen Klima liegt die Nutzungsdauer noch deutlich darunter. Sie liegt bei unbehandeltem Weichholz bei sechs und bei Eichenholz bei zehn Jahren. Unbeschlagenes Rundholz ist besser als beschlagenes. Um die Nutzungsdauer zu erhöhen, müssen die Hölzer mit einem schützenden Anstrich versehen werden, der entweder aus Teer oder speziellen Imprägniermitteln besteht. Dieser Schutzanstrich ist insbesondere bei ausziehenden Schächten erforderlich, da die aufsteigenden Abwetter in der Regel feucht und warm sind und somit ein rasches Vermodern des Holzes begünstigt wird. Nachteilig ist auch die Brennbarkeit des Holzes, sofern es nicht feuerfest imprägniert wird. Letztendlich sind Fördergerüste aus Holz nur für geringere Lasten geeignet. Sie sind somit nur für kleinere Anlagen geeignet. Ein weiterer Nachteil von Holz ist, dass Hölzer die zwölf Meter und länger sind, nur selten zu bekommen sind. Um die erforderliche Höhe der Seilscheiben dennoch zu erreichen, wird das hölzerne Fördergerüst auf mehrere Meter hohe Grundmauern gestellt. Fördergerüste aus Stahl sind zwar teurer, sie haben aber deutliche Vorteile gegenüber den Gerüsten aus Holz. Sie haben den Vorteil, dass sie ein relativ geringes Eigengewicht besitzen. Außerdem sind sie deutlich weniger anfällig für Reparaturen und Betriebsstörungen. Weitere Vorteile von Stahlgerüsten sind ihre Feuersicherheit, die längere Lebensdauer als Holzgerüste, zudem können sie deutlich höher gebaut werden als hölzerne Fördergerüste. Nachteilig ist jedoch, dass sie, bedingt durch ihr geringes Eigengewicht, nur geringe Seitenkräfte, wie sie z. B. durch Seilzug entstehen, aufnehmen können und durch Streben abgestützt werden müssen. Gusseisen wurde als Baumaterial für Fördergerüste nur in geringem Maß, überwiegend im englischen Bergbau, eingesetzt. Nachteilig bei diesem Baustoff ist, dass er sehr spröde ist und deshalb bei abrupten Lastwechseln schnell bricht. Stahlbeton wird hauptsächlich für den Bau von Fördertürmen verwendet. Für den Bau von Strebengerüsten ist Stahlbeton schlecht geeignet. Trotzdem wurden auch Fördergerüste aus Stahlbeton gebaut und betrieben. Nachteilig sind bei Stahlbeton das hohe Gewicht und die mangelnde Flexibilität bei Erschütterungen und bei Bodensenkungen oder sonstigen Veränderungen. Durch zusätzliche Maßnahmen, wie z. B. innere Aussteifungen, lassen sich diese Nachteile teilweise ausgleichen.
Grundsätzliche Konstruktionsweise Grundsätzlich besteht ein Fördergerüst aus dem Traggerüst, dem Führungsgerüst und der Seilscheibenbühne. Das Traggerüst besteht aus abstützenden und verstrebenden Konstruktionselementen. Das Führungsgerüst, auch Luftschacht genannt, dient der Aufnahme der Schachtführung oberhalb des Schachtmundes. Es ist möglichst so zu montieren, dass es nicht zur Aufnahme der seitlichen Zugkräfte genutzt wird. Gründe dafür sind zum einen, dass das Führungsgerüst durch die Zugkräfte elastischen Formänderungen ausgesetzt ist und zum anderen, dass es diese Zugkräfte an den Schachtausbau weiterleiten würde. Allerdings gibt es auch Konstruktionen, bei denen keine klare Trennung zwischen Traggerüst und Führungsgerüst besteht. Bei diesen Fördergerüsten bilden das Traggerüst und das Führungsgerüst zusammen das Tragsystem. Die Seilscheibenbühne dient zur Aufnahme der Seilscheiben.