mini|250px|Koepe-Dampffördermaschine auf der stillgelegten Zeche Hannover in Bochum aus dem Blickwinkel des Fördermaschinisten
Eine Fördermaschine, auch Schachtfördermaschine genannt, ist eine maschinelle Einrichtung, die im Bergbau zum Antrieb der Förderkörbe oder -gefäße dient. Sie wird als Antrieb in Schacht- und Schrägförderanlagen eingesetzt.
Die Fördermaschine ist auf einem Bergwerk eine der wichtigsten Maschinen. Ihre Leistung ist bei modernen Fördermaschinen erheblich höher als die der anderen Förderantriebe des Bergwerks. Denn nur mit einer ausreichend leistungsfähigen Schachtfördermaschine ist die Förderung von Material und Produkten sowie die Beförderung von Bergleuten aus großen Teufen möglich.
Geschichte mini|250px|Erste elektrische Fördermaschine im Ruhrbergbau aus dem Jahr 1902, Zeche Zollern 2/4 in Dortmund-Bövinghausen (Koepeförderung)
Die Urform der Fördermaschine ist der Handhaspel, nach heutiger Klassifikation eine über dem Schacht aufgestellte muskelkraftbetriebene Ein-Trommel-Maschine. Als der Bergbau in größere Teufen vordrang, wurde mehr Antriebsenergie benötigt und dies führte zur Konstruktion und Einsatz von Treträdern, Pferdegöpeln und Kehrrädern. Nunmehr ging man von der Aufstellung über dem Schacht ab und positionierte diese frühen Fördermaschinen seitlich davon. Teilweise wurden Kehrräder auch untertägig in Radstuben installiert, wobei das Aufschlagwasser über Aufschlagröschen zu- und über Ablaufröschen abgeführt wurde. Bei dieser im Erzbergbau vom Mittelalter bis zum Beginn der Industrialisierung gebräuchlichen Anordnung wurden die Förderseile entweder durch separate Seilkanäle oder durch den Schacht selbst bis nach über Tage in das Treibehaus geführt und durch Seilscheiben wieder in den Schacht hinein umgelenkt. Durch die Anordnung der Leitschaufeln in zwei Kränzen mit entgegengesetzter Ausrichtung konnten die Seilkörbe in beide Richtungen angetrieben werden.
Der Begriff der Fördermaschine bildete sich mit der Einführung der Dampfmaschine für die Schachtförderung heraus. Mit dem Einsatz der Dampfmaschinen wurde der Übergang zum Tiefbau eingeleitet. Bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts wurden die Fördermaschinen ausschließlich mit Dampf angetrieben. Durch die fortschreitende Elektrifizierung der Bergwerke, wurden allmählich auch elektrische Fördermaschinen auf den Bergwerken eingesetzt. Die Verwendung dieser Maschinen war ein Wendepunkt in der Entwicklung der Fördermaschinentechnik. Die ersten elektrischen Fördermaschinen wurden Anfang des 20. Jahrhunderts auf den von Arnim’schen Steinkohlenwerken in Planitz bei Zwickau (Neuer Heinrichschacht 1899 bzw. Neuer Alexanderschacht 1902) aufgestellt. Lange Zeit wurden danach sowohl elektrische als auch dampfbetriebene Fördermaschinen eingesetzt. Welcher von beiden Antrieben letztendlich eingebaut wurde, hatte sowohl wirtschaftliche als auch betriebstechnische Gründe.
Im Laufe der Jahre wurden immer leistungsstärkere Fördermaschinenantriebe gebaut, sodass bereits im Jahr 1914 die erste elektrische Fördermaschine mit zwei parallel geschalteten Elektromotoren mit einer Leistung von 1500 Kilowatt in Betrieb genommen werden konnte. Zudem wies die Dampfmaschine gegenüber der elektrischen Fördermaschine erhebliche Nachteile auf, was die Steuerbarkeit und Wirtschaftlichkeit betraf. Insbesondere bei den Bremsvorgängen, bei denen in vielen Fällen Gegendampf verwendet werden musste, wurde ihre Effizienz stark gemindert. Außerdem hatte die Dampffördermaschine einen schlechteren Wirkungsgrad bei der Energieumwandlung als die elektrische Fördermaschine. Bedingt ihrer schlechten Steuerbarkeit durfte die Dampffördermaschine aufgrund bergbehördlicher Anordnung bei der Seilfahrt nur mit einer Fahrgeschwindigkeit von sechs Metern pro Sekunde gefahren werden. Letztendlich ließ sie sich nicht automatisieren. Bedingt durch die vielen Nachteile geriet die Dampffördermaschine gegenüber der elektrischen Fördermaschine stark ins Hintertreffen. Dies führte dazu, dass die Dampffördermaschine von der elektrischen Fördermaschine weitestgehend verdrängt wurde. Dennoch wurden vereinzelt auch weiterhin Dampffördermaschinen für die Schachtförderung eingesetzt, wie z. B. auf der Zeche Fürst Leopold Wulfen, auf der bis etwa zum Jahr 2008 eine Dampffördermaschine in Betrieb war.
Aufbau mini|Trommelfördermaschine mit zylindrischen Trommeln mini|Doppelbobinenfördermaschine Eine Fördermaschine besteht im Wesentlichen aus den folgenden 5 Komponenten:
Seilträger Antrieb (Antriebsmaschine und gegebenenfalls Getriebe) Bremseinrichtungen Steuer- und Regeleinrichtungen Bedienstände
Ebenfalls dazu gehören die erforderlichen Verlagerungen und Fundamente.
Seilträger Der Begriff Seilträger entstand aus der Notwendigkeit heraus, einen gemeinsamen Oberbegriff für die Seilkörbe, -trommeln, Treibscheiben oder Bobinen zu finden. Der Seilträger nimmt das Förderseil auf, das mit dem im Schacht befindlichen Fördermittel bzw. Förderkorb verbunden ist. Durch Drehung des Seilträgers wird über das Förderseil das im Schacht befindliche Fördermittel in Auf- oder in Abwärtsrichtung bewegt. Es gibt insgesamt drei verschiedene Arten von Seilträgern, Treibscheibe, Trommel und Bobine. Trommeln werden als Seilträger verwendet, wenn aus besonders tiefen Schächten gefördert wird. Treibscheiben (auch Koepescheiben genannt) können als Seilträger sowohl bei Flurfördermaschinen als auch bei Turmmaschinen verwendet werden. Die Bobine wird als Seilträger für Fördermaschinen genutzt, die zum Schachtteufen eingesetzt werden. Als Förderseile werden Flachseile verwendet.
Antrieb Der Antrieb besteht hauptsächlich aus der Antriebsmaschine. Bei einigen bestimmten Fördermaschinen wird zwischen Antriebsmaschine und Seilträger ein Getriebe geschaltet. Dies ist immer dann erforderlich, wenn die Drehzahl des Antriebsmaschine zu hoch ist und sich nicht genügend runterregeln lässt. Entsprechend ihrer Antriebsenergie wurden als Antriebsmaschinen Wasserkraftmaschinen, Dampfmaschinen, Druckluftmaschinen oder Elektromotoren verwendet. Da die Fördermaschine die Energie, die sie benötigt, nur unregelmäßig abnimmt, müssen zusätzliche Einrichtungen wie z. B. Speicher installiert sein, damit die Energieversorgung durch Kraftwerk, Kesselhaus oder elektrische Zentrale nicht ungünstig beeinflusst wird.
Wasserkraftmaschinen Bei den mittels Wasserkraft angetriebenen Fördermaschinen wurden überwiegend oberschlächtige Wasserräder verwendet. Diese Kehrräder sind durch einen mittleren Kranz in zwei Hälften geteilt. An dem mittleren Kranz greift auch die Bremse an. Diese Kehrräder hatten einen Durchmesser von bis zu zwölf Metern und eine Breite von etwa zwei Metern und wurden je nach örtlicher Gegebenheit entweder über Tage oder unter Tage eingebaut. Die Seilkörbe sind auf der verlängerten Wasserradwelle montiert. Teilweise wurden auch Turbinen als Antriebsmaschinen verwendet. Da diese Maschinen eine höhere Drehzahl haben, werden sie über ein Vorgelege mit der Seilkorbwelle verbunden. Aufgrund der erforderlichen Fallenergie werden die Wasserkraftmaschinen in der Regel unter Tage im Schacht so eingebaut, dass das Aufschlagwasser über den tiefsten Stollen abgeleitet werden kann. Die Schütze für die Wasserradsteuerung werden ebenfalls unter Tage eingebaut und sind über Gestänge mit dem übertägigen Bedienstand verbunden. Die Seile werden zu den übertägigen Seilscheiben gelenkt.
Dampfmaschinen mini|250px|Koepe-Dampffördermaschine von 1887 in dem Museum Zeche Nachtigall (Witten), ursprünglicher Standort: Zeche Prosper Schacht 1, Leistung: 400 PS
Die ersten im Bergbau betriebenen Dampfmaschinen wurden für die Wasserhaltung der Grubengebäude eingesetzt. Im englischen Bergbau wurde im Jahr 1776 die erste von James Watt konstruierte Dampfmaschine auf einem Bergwerk eingesetzt. Die ersten als Fördermaschine eingesetzten Dampfmaschinen wurden im Ruhrbergbau bereits zu Anfang des 19. Jahrhunderts auf der Zeche Wohlgemut eingebaut. Diese ersten Maschinen verfügten über eine Leistung von nur wenigen PS. Mit diesen Fördermaschinen war man in der Lage, eine Nutzlast von einer Tonne aus einer Teufe von 150 Metern mit einer Geschwindigkeit von 2 Meter pro Sekunde zu fördern. Als Seilträger wurden wegen der starken Vibrationen Bobinen verwendet. Modernere Maschinen hatten schon bald Leistungen von bis zu 70 PS und mehr. Sie arbeiteten mit einem Dampfdruck von 3 bis 5 Atmosphären. Der Druck konnte ungehindert aus den Auslassventilen entweichen, da an den Maschinen in der Regel kein Expansionsapparat installiert war. Die Expansionsapparate wurden nicht angebracht, da sie sich bei der Umsteuerung als nachteilig erwiesen hatte. Nachteilig waren bei diesen Maschinen die großen Dimensionen der Schieber und die aufgrund der Größe damit verbundene manuelle Beweglichkeit der Schieber. Einige der Maschinen hatten oft eine Doppelfunktion, sie wurden gleichzeitig als Fördermaschine und zur Wasserhaltung eingesetzt.
Im Laufe der Jahre wurden immer leistungsfähigere Maschinen gebaut und auf den Bergwerken eingesetzt. Bis etwa zur Jahrhundertwende vom 19. ins 20. Jahrhundert waren die Zwillingsdampffördermaschinen mit direktem Antrieb die vorherrschenden Antriebsmaschinen. Diese Maschinen waren für eine Dampfspannung von mehr als acht Atü geeignet. Die Maschinen waren anfänglich mit einer Kulissensteuerung ausgestattet. Später wurde anstelle der Kulissensteuerung die Knaggensteuerung verwendet. Bei dieser Steuerungsart werden die Ventile der Dampfmaschine durch unrunde Körper, die man als Knaggen bezeichnet, angetrieben. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts kamen anstelle der Zwillingsmaschinen die Verbundmaschinen als Antriebsmaschinen zum Einsatz.
Zur Dampfversorgung musste jede Schachtanlage ein Kesselhaus haben. Als Dampfkessel kamen ursprünglich Flammrohrkessel zum Einsatz, oft in der Ausführung eines Doppelflammrohrkessels, die mit Drücken von 10 bis 16 bar betrieben wurden. Meistens wurde noch ein so genannter Ruthsspeicher zwischen Dampferzeuger und Dampfmaschine zwischengeschaltet. Diese Speicher haben ein Volumen von mehreren 10.000 l und sind mit Heißwasser im Siedezustand gefüllt. Der Dampf aus dem Dampfkessel wird durch Düsenrohre im unteren Bereich der Speicher eingeleitet. Da die Dampfmaschine beim Anlaufen mit hoher Überlast betrieben wird, können durch die Nachverdampfung aus der großen Wassermenge in dem Ruthsspeicher kurzzeitig erhebliche Dampfmengen zur Verfügung gestellt werden. Vom Kesselhaus wurde der Dampf über Rohrleitungen zu den Fördermaschinen geleitet.
Beispiele von Dampffördermaschinen
mini|Modell der Spiralkorbfördermaschine des Bürgerschachtes 2 der Zwickauer Bürgergewerkschaft.
Die 12 PS starke Dampfmaschine des 125 m tiefen St.-Lampertus-Richtschachtes wurde seit 1876 zum Antrieb der gusseisernen Pumpensätze und seit 1880 auch zum Antrieb der Fördermaschine genutzt.
Auf der Zeche Fürst Leopold in Dorsten (zuletzt Teil des 2008 stillgelegten Bergwerks Lippe) stand die letzte im Ruhrbergbau betriebene Zwillingsdampfmaschine an Schacht 2. Die Maschine wurde Mitte 2008 stillgelegt.
Auf dem Bergwerk Ibbenbüren befindet sich am Schacht von Oeynhausen 1 eine Dampffördermaschine in der heute seltenen Bauform einer Doppel-Trommelfördermaschine. Teilweise ist an zurückgebauten Förderanlagen mit Dampfmaschinen der Antrieb auf Druckluft umgerüstet worden (z. B. Malakowturm Schacht 1 der Zeche Ewald).
Auf dem Bergwerk Auguste Victoria in Marl sind bis 2007 noch insgesamt drei ehemalige Dampffördermaschinen im Einsatz gewesen. 1966 wurden diese Maschinen auf Niederdruck umgerüstet. Die Maschinen sind aus den Jahren 1904 und 1907 (GHH Sterkrade) und 1911 (Isselburg). Die Schächte wurden zwischenzeitlich stillgelegt und verfüllt.