** Der Göpel **

Als Göpel wird sowohl eine Kraftmaschine als auch das Gebäude bezeichnet, in dem sie untergebracht ist. Angetrieben wird sie durch Muskelkraft (Mensch, Tier), Wasserkraft, Windkraft oder Dampfkraft. Göpel kamen in Mitteleuropa seit dem ausgehenden 13. Jahrhundert vor allem im historischen Bergbau als Förderanlage zum Einsatz. Später wurden sie auch in der Landwirtschaft zur Bewegung von landwirtschaftlichen Maschinen eingesetzt.[1] Ein Hauptverbreitungsgebiet der landwirtschaftlichen Göpel waren die Britischen Inseln. Beobachtungen und Messungen an einem Göpel führten zur Einführung der Leistungseinheit PS (Pferdestärke) bzw. bhp durch James Watt.


Original erhaltene Göpelschachtanlage der Schiefergrube in Lehesten (Thüringen), die Anlage wurde zwischen 1846 und 1964 betrieben



Rekonstruierter geschlossener Pferdegöpel in Johanngeorgenstadt


Rekonstruierter offener Pferdegöpel auf dem „Rudolphschacht“ in Lauta


rekonstruierter Pferde-Rundgöpel in Wieliczka


Hundegöpel im Museumsdorf Cloppenburg zum Drehen des Buttergefäßes - ein frühes Beispiel für die Mechanisierung der Landwirtschaft


Mit der Tretmühle des Hundegöpels im Museumsdorf Cloppenburg wird ein Stampfbutterfass angetrieben.

Geschichte
Bergbau

Der Antrieb von im Bergbau eingesetzten Göpeln erfolgte anfangs meist mittels Pferdekraft. Urkunden, die König Wenzel II. von Böhmen um 1300 für die Bergstadt Kutná Hora ausstellte, nennen „Pferde, Seile und anderes Material zum Wasserschöpfen“.[2] Von Kutná Hora aus verbreitete sich diese Technik Anfang des 14. Jahrhunderts auch in andere Bergbaugebiete, so u. a. nach Kärnten und Salzburg. 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 der um 1490/1500 entstandenen Kuttenberger Kanzionale (Sammlung lateinischer Gesänge) zeigt einen Pferdegöpel im Bergbau. Meist erfolgte der Einsatz eines einzelnen Pferdes bzw. von zwei Pferden, in Einzelfällen sollen aber auch bis zu 20 Pferde zum Einsatz gekommen sein.[3] Pferdegetriebene Göpel konnten für Schachtteufen von bis zu 350 Metern eingesetzt werden.[4] Die Nutzung des Pferdegöpels veränderte die Bauweise der Bergbauschachtanlagen. Im Gegensatz zur Handhaspel konnte die Laufbahn der Pferde nicht direkt über den Schacht verlegt werden, so dass sie an das Schachthaus angebaut wurde. Typisch für die Pferdelaufbahn ist die zeltartige Dachkonstruktion, die je nach klimatischer Lage in offener oder geschlossener Bauweise ausgeführt wurde. Der anfänglichen Nachteil des Pferdegöpels, das Umschirren der Pferde bei dem Richtungswechsel, wurde durch die Einführung des Wendegeschirres aufgehoben.[4] In den „modernen“ Varianten wurde die Richtungsänderung mittels eines Vorgeleges realisiert.

In wasserreichen Gegenden wurde, wo es möglich war, die Pferdekraft schrittweise durch die Wasserkraft ersetzt. Die Nutzung der Wasserkraft geschah durch verschiedene Typen von Wasserrädern und Turbinen. Die spezielle Konstruktion des Kehrrades nutzte man vorwiegend zur Förderung, aber auch zur Wasserhebung (Bulgenkunst). Einer der frühesten Belege für den erfolgreichen Einsatz eines Kehrrades zur Wasserhebung ist aus der Zeit um 1500/1505 aus dem Bergbaugebiet Baia Mare in den Karpaten überliefert.[5] Wassergöpel waren noch leistungsfähiger als Pferdegöpel und waren für Schachtteufen von bis zu 550 Metern geeignet.[6] Einer der bis heute bekanntesten Wassergöpel wurde 1554 im Silberbergwerk Schwaz eingebaut.

Im 19. Jahrhundert wurden Göpel in zunehmendem Maße von Dampfmaschinen angetrieben. Wo allerdings die Leistung ausreichend war, 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.[7] In Johanngeorgenstadt stand 1948 noch ein Pferdegöpel. Die nur sporadische Förderung auf diesem Schacht wurde aber schon 1917 eingestellt.[8] Im Freiberger Revier wurde der letzte Pferdegöpel um 1920 außer Betrieb genommen.[9]
Landwirtschaft

In der Landwirtschaft wurde er z. B. zum Antrieb von Dreschmaschinen eingesetzt. Nicht nur im Memelland wurden die Rosswerk genannten Antriebe noch in der 1. Hälfte des 20. Jahrhunderts eingesetzt. Göpel wurden mit Ochsen oder mit den zugkräftigeren Pferden als Zugtiere betrieben, daher rührt auch die Bezeichnung Pferdegöpel oder Rossgang. Auch Hunde wurden in Göpeln eingesetzt, häufig zum Schlagen von Milch zu Butter. Ein solcher Hundegöpel ist im Cloppenburger Museumsdorf zu besichtigen.[10]
Aufbau und Funktion

Ein Göpel besteht aus einer, zumeist vertikalen, mittels langer Hebel in Drehung versetzten Hauptwelle.[11] 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. Transportable Göpel sind auf ein Gestell montiert, mit dem sie leichter von einem Ort zum anderen bewegt und am Einsatzort sofort verwendet werden können.[12]

Der feststehende Göpel ist auf einem Fundament befestigt, das als Göpelstock bezeichnet wird. In dieses 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.[13]

Die Antriebswelle beim Göpel wird Spindelbaum[14] oder Ständerbaum[13] genannt, sie besteht aus einer hölzernen Säule, die sich um ihre eigene Achse dreht. Oben am Spindelbaum ist der Treibkorb befestigt. Im unteren Bereich des Spindelbaums sind mehrere Hebelarme, die sogenannten Kreuzbäume, befestigt, mit denen die Achse in beide Richtungen gedreht werden kann.[14] Damit die Göpelwelle genügend Festigkeit für die Drehbewegungen besitzt, wird sie in der Regel aus Eichenholz gefertigt. 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 eingefügt. Der untere Zapfen der Welle, die Spindel, wird aus Stahl gefertigt. 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 wird mit einer größeren Länge als eigentlich nötig hergestellt, diese „Überlänge“ soll verhindern, dass der Zapfen aus dem Lager gleitet, falls sich die Welle senkt.[13]

Auf den Treibkorb werden die Förderseile oder Förderketten gegensinnig aufgewickelt, dadurch können gleichzeitig zwei Lasten in unterschiedlicher Richtung bewegt werden. Für den Göpel in der Schachtförderung hat dies den Vorteil, dass dadurch das Leergewicht der herabfahrenden Fördertonne überwiegend ausgeglichen wird.[14]

Damit der Göpel während des Laufes auch zum Stehen gebracht werden kann, wenn z. B. eine Fördertonne abspringt, ist ein Bremswerk angebracht. Das Bremswerk dient dazu, bei schweren Abwärtslasten den Göpel zu verzögern, und entlastet somit die Zugtiere. Das Bremswerk besteht aus zwei liegenden Bremssäulen, die drehbar am Gebälk des Treibehauses befestigt sind. An diesen Bremssäulen befinden sich als Bremsklotz sogenannte Bremszirkelstücke. Diese drücken beim Betätigen der Bremse auf eine Bremsscheibe, die sich auf der Antriebswelle befindet, und bremsen dadurch den Göpel ab.[15]

Göpelhaus


Horse engine house oder Gin gang von Hudson Barn

Zum Schutz des Pferdeknechtes und der Pferde vor Zugluft wurde oft eine (runde oder hexagonale) Überdachung erbaut, die als Göpelschauer (engl. „Horse engine house“ „Horse mill“ oder „Gin gang“) bezeichnet wird. Die Formen der Göpel waren in den jeweiligen Bergbaurevieren sehr unterschiedlich. Im Harzer Bergbau hat das Göpelhaus, auch Gaipel genannt, einen kegelförmigen Aufbau. Im Freiberger Bergbaurevier wurden offene sogenannte Spießgöpel verwendet.[13] Damit die Zugtiere nicht zu enge Kreise laufen mussten, hatte der Göpelraum einen Mindestdurchmesser von 11 m bis 12 m (36 ft bis 40 ft). Auch musste berücksichtigt werden, welche Zugtiere verwendet werden, da diese unterschiedliche Laufgeschwindigkeiten haben. Bei Pferden beträgt diese 1,2 bis 3,5 m/s, bei Ochsen 0,6 bis 0,7 m/s. Dementsprechend musste die Übersetzung und die Länge des Zugarms gewählt werden. Die Laufbahn der Zugtiere musste eben sein und leicht nach außen abfallen, um Feuchtigkeit besser ablaufen zu lassen.[1] Im Bergbau wurde das Göpelhaus so platziert, dass der Pferdeknecht stets auf die Hängebank sehen konnte.[13]
Antriebsarten

Bei Göpeln gibt zwei Arten des Antriebes:

   Antrieb durch Muskelkraft
   Antrieb durch Maschinenkraft

Diese beiden Arten sind auch in ihren Dimensionen verschieden. Mittels Muskelkraft angetriebene werden entweder durch menschliche oder durch tierische Muskelkraft angetrieben. Bei maschinellen Göpelantrieben wird je nach örtlichen Gegebenheiten entweder die Wasserkraft oder der Dampfantrieb verwendet.[16]
Antrieb durch Muskelkraft
Vom Menschen angetriebene Göpel

Bei vom Menschen angetriebenen Göpeln unterscheidet man zwei Arten, Göpel, die durch die menschliche Muskelkraft angetrieben werden und Göpel, die durch das Körpergewicht des Menschen angetrieben werden. Durch Muskelkraft angetriebene Göpel sind Handgöpel. Diese sind vom Antrieb her so ähnlich aufgebaut wie ein Hornhaspel. Allerdings wird auf der Haspelwelle nicht das Förderseil aufgewickelt, sondern es befindet sich in der Mitte der Welle ein Zahnrad. In dieses Zahnrad greift das Zahnrad einer zweiten Welle mit Getriebe ein. An der Welle sind die sogenannten Korbfächer angebracht, über die das Förderseil angetrieben wird. Das Förderseil wird über Seilscheiben in den Schacht abgelenkt. Göpel, deren Antrieb durch Verlagerung des Körpergewichts angetrieben werden, werden mittels Tretrad oder Laufrad angetrieben.[15]

Durch Tiere angetriebene Göpel


Tretgöpel mit Rind, nach A. Meltzer, 1805


Pferdegöpel im Freilichtmuseum am Kiekeberg
links vorn das Göpelgetriebe, im Hintergrund eine Häckselmaschine, die über eine Welle angetrieben wird


Getriebe eines Pferdegöpels
Das große Zahnrad rechts oben wird von Pferden angetrieben, das kleine Rad in der Mitte sitzt auf einer Welle mit dem linken Rad, das über das kleine Zahnrad am unteren Bildrand eine Maschine rechts über die Welle im angrenzenden Gebäude treibt.

Bei durch Tieren angetriebenen Göpeln werden die Tiere zum Antrieb des Göpelwerks in der Regel im Kreis herumgetrieben. Der Raum, in dem die Tiere bewegt werden, wird Göpelpatt, Göpelherd, Herd oder Rennbahn genannt. Als antreibende Tiere werden Pferde oder Ochsen und in seltenen Fällen auch Hunde verwendet.[16]

Die Zugkraft der Tiere wirkt beim Rundganggöpel dadurch, dass sie angeschirrt am Hebebaum um die senkrechte Göpelspindel eine Kreisbahn ziehen.[15] Dieser Hebebaum wird auch Zugbaum, Schwenkbaum, Kreuzbaum oder Schwengel genannt.[13] Meist ist eine Änderung der Kraftrichtung erforderlich, die durch Stirn- oder Kegelräder zwischen der Hauptwelle und der Transmission in die gewünschte Richtung geleitet wird. Genügt das nicht, um eine ausreichende Drehgeschwindigkeit zu erzielen, werden weitere Räderwerke, so genannte Zwischengestelle, eingeschaltet.[15] Werden Tiergöpel im Bergbau zur Schachtförderung eingesetzt, kann es bei niedergehenden Lasten dazu kommen, dass der Göpel vor Erreichen des tiefsten Punktes schneller wird und die Zugtiere sich gegen die Last stemmen müssen. Um diese zusätzliche Belastung der Zugtiere zu vermeiden, wird eine mit Steinen beschwerte Schleife, der Schlepphund, an den Hebebaum angehängt.[14] Ein Pferd leistet an einem Göpel etwa siebenmal so viel wie ein Mensch. Es hat sich herausgestellt, dass ein Pferd bei der Arbeit am Göpel schneller ermüdet und weniger zu leisten vermag als an einem Frachtkarren. Damit das Pferd die kreisförmige Bewegung im Göpel nur wenig spürt, muss der Schwengel möglichst lang sein.[17] Bei Pferden darf der Schwenkbaum nicht kürzer als 4,9 m sein. Die gebräuchlichste Länge für den Kreuzbaum ist 5,5 m bis 6,1 m, bei tieferen Schächten wurden auch längere Zugbäume verwendet.[13]

Tretgöpel (auch Tretbrücke oder amerikanisches Tretwerk) sind eine Art Tretwerk, bei dem das Tier auf einer geneigten Fläche steht, die aus einzelnen Tafeln besteht, die als endloses Band angeordnet sind. Die Tafeln tragen Kettenbolzen, die sich in die Gabelzinken eines Kettenrades einlegen. Bei der Gehbewegung des an einem Punkt angebundenen Tieres schieben sich die Kettenglieder unter dessen Hufen abwärts, wodurch das Kettenrad in Bewegung versetzt wird. Tretgöpel, die insbesondere für Pferde eingerichtet sind, nennt man auch Rosswerke, Rossmaschinen, Rossmühlen oder Rosskünste.[18]
Maschinelle Antriebe

Zur Leistungssteigerung wurden, wo es möglich war, Göpel mit Wasserkraft, mit Windkraft oder mit Dampf angetrieben.

Hydraulische Göpel wurden in den Bergbaurevieren eingesetzt, in denen Wasserkraft in großem Maße zur Verfügung stand. Angetrieben werden Wassergöpel durch Wasserräder, Wassersäulenmaschinen oder langsamlaufende Turbinen (Schwamkrugturbine).[19] Je nach Gefälle wurde das antreibende Wasserrad Über- oder Untertage eingebaut. Göpel mit einem Untertage-Wasserrad benötigen ein Vorgelege. Bei Übertage-Göpeln befinden sich das Wasserrad und der Seilkorb auf einer Welle. Wenn das antreibende Wasserrad untertägig installiert ist, werden zwei separate Wellen benötigt, die jeweils zwei doppelt gekröpfte Krummzapfen haben. Durch diese Konstruktion wirken die Kurbelstangen des Wasserrades stets ziehend und niemals schiebend.[20] Die Fördergeschwindigkeit der mit Wassergöpel angetriebenenen Fördergefäße liegt in tonnlägigen Schächten zwischen einem halben und einem Meter pro Sekunde. Vorteilhaft gegenüber Dampfgöpeln ist der geringere Kostenaufwand für die Unterhaltung. Nachteilig ist die geringe Förderleistung bei Wassermangel.[19]

Windgöpel sind Göpel die durch ein Windrad angetrieben werden. Im Bergbau wurden solche Windgöpel bereits im Jahr 1578 und später dann auch Anfang des 17. Jahrhunderts im Harzer Bergbaurevier eingesetzt. Diese Göpel wurden aber bald wieder abgerissen, da sie die in sie gesteckten Erwartungen nicht erfüllen konnten. Grund hierfür war der unregelmäßig wehende Wind, der eine geordnete und planbare Förderung erschwerte oder sogar teilweise unmöglich machte. Um dennoch die Windkraft nutzen zu können, wurden Windgöpel kombiniert mit einem Antrieb mittels Pferdegöpel.[21]

Dampfgöpel liefern von allen Göpeln die größte Antriebsleistung.[16] Sie wurden überwiegend zur Förderung in Kohlenbergwerken eingesetzt. Diese haben den großen Vorteil, dass sie eine regelmäßige Kraft liefern und gut zu regulieren sind. Mit ihnen lassen sich Geschwindigkeiten bis zu 13 Meter pro Sekunde erzielen.[19] Ein weiterer Vorteil des Dampfgöpels ist, dass er örtlich fast unbeschränkt eingesetzt werden kann. Im preußischen Bergbau wurden als Fördermaschinen überwiegend Dampfgöpel eingesetzt.[16] Obwohl sich der Dampfgöpel im Bergbau durchsetzte und den Pferdegöpel allmählich ablöste, konnte er sich im Tunnelbau nicht komplett durchsetzen. Die Gründe hierfür waren extrem hohe Kohlenpreise oder der Mangel an Speisewasser für die Maschinen. Aber auch Beschaffungsprobleme und die hohen Kosten für die Maschinen, die sich über die Laufzeit nicht amortisierten, waren weitere Gründe dafür.[13]

Aufstellung des Göpels im Bergbau


Göpelwerk zur Wasserhaushaltung im Bergwerk

Bei seigeren Schächten wurde der Göpel in der Regel senkrecht aufgebaut, dadurch wurde das Seil über die Seilscheiben in einem rechten Winkel umgelenkt. Bei tonnlägigen Schächten ist die Positionierung des Göpels etwas schwieriger. Da die Seilscheiben in der Neigungsebene des Schachtes liegen müssen, wird hier die Stellung der Göpelwelle so ausgerichtet, dass das Seil eine möglichst optimale Biegung hat. Der Göpel wird in einer so großen Entfernung vom Schacht aufgestellt, dass der Abstand der Seilkorbwelle vom Schacht mindestens der 20 fachen Seilfachhöhe entspricht. Dies ist erforderlich, damit das Seil gleichmäßig auf dem Seilkorb aufgewickelt wird.[22]
Göpel in der Landwirtschaft

In der Landwirtschaft wurden Göpel als Antrieb für die landwirtschaftlichen Maschinen angewendet. Die Göpel wurden von einem oder bis zu vier Pferden angetrieben. Der Göpel besteht aus einem Holzrahmen, der aus Stabilitätsgründen entsprechend verstrebt und verzapft ist. Auf diesem Rahmen sind zwei Ständer aus Eisen mit einem Querstück aus Holz angeschraubt. Das hölzerne Querstück dient zur Aufnahme der Übersetzung. Damit die Zugkraft durch ein zweites Pferd erhöht werden kann, werden an dem gusseisernen Kopfstück des Göpels noch zwei Seitenhülsen angebracht. In diese Seitenhülsen kann noch eine zweite Deichsel für ein weiteres Pferd eingesteckt werden. Die Deichselstangen sind überwiegend aus geschmiedeten Schienen gefertigt, die verstrebt sind. Deichselstangen aus Holz werden nur selten verwendet.

Nur in wenigen Ausnahmen wird die Kraft vom Göpel direkt auf die Maschine übertragen. In der Regel wird die Kraftübertragung vom Göpel auf die zu treibende Maschine über ein Vorgelege gehandhabt. Dazu werden oftmals mehrere kleine Vorgelege aufgestellt, durch die dann mehrere Maschinen gleichzeitig angetrieben werden können. Das Vorgelege ist aus Eisen hergestellt und besitzt eine Stirnradübersetzung mit Ausrückvorrichtung. Diese Ausrückvorrichtung ist erforderlich, damit die Tiere, die den Göpel antreiben, auch dann weiter laufen können, wenn die Arbeitsmaschine abgestellt werden muss. Werden Göpel mit nur einem großen Vorgelege verwendet, können auf die letzte Welle des Vorgeleges mehrere Riemenscheiben zum Antrieb verschiedener Maschinen aufgesteckt werden. Bei einpferdigen Göpeln wird die Übersetzung durch konische Räder gebildet. Die Göpel sind so konstruiert, dass der Anhängepunkt für die Antriebsriemen zum Vorgelege möglichst tief liegt. Dies ist erforderlich, damit die Zugtiere die Antriebsriemen beim Laufen leicht überschreiten können.

Neben dieser allgemeinen Form gibt es auch noch Göpel, bei dem die Übersetzung von einem Ständer umschlossen ist, diese Bauform wird Glockengöpel genannt.[23][24] Der Glockengöpel besteht aus einer gusseisernen Grundplatte, der sogenannten Soolplatte. Auf dieser Platte sind sowohl die vertikalen als auch die horizontalen Wellen montiert. Über der Grundplatte ist ein Dom (Gehäuse) aus Gusseisen montiert. Dieser Dom trägt das obere Lager der vertikalen Welle und umschließt gleichzeitig die konischen Übersetzungsräder. Solche Glockengöpel, deren erster Konstrukteur H.H. Bestall aus Maldon war, wurden vielfach gebaut.[25]

Quelle - literatur & Einzelnachweise