Schrämmaschine
Eine Schrämmaschine, auch Schräme genannt, ist ein Gerät im Bergbau sowie in Steinbrüchen, das zur Erzeugung eines Schrams dient.[1] Es gibt unterschiedlich arbeitende Schrämmaschinen, die eingeteilt werden in schlagende, stoßende und fräsende Maschinen.[2]
Geschichte
Erste Anregungen zur Entwicklung einer Schrämmaschine stammen bereits aus dem Jahr 1761 von Michael Menzies. Im Jahr 1862 wurde auf dem Kohlenbergwerk West-Ardslay bei Leeds eine mit Druckluft betriebene Schrämmaschine in Betrieb genommen.[3] Die Schrämmaschine wurde im 19. Jahrhundert von Otto Lilienthal am Königlichen Steinkohlenwerk Zauckerode weiterentwickelt. Sein Bruder Gustav beantragte zwei Patente „auf Verbesserungen an Schrämmaschinen mit Messerscheibe“, die 1877 für die Dauer von fünf Jahren erteilt wurden. Damit wurden Rechtsstreitigkeiten mit der Fa. Hoppe umgangen, die in Preußen ähnliche Patente beanspruchte. Die ursprüngliche Lilienthalsche Schrämmaschine wurde von Hand angetrieben.[4][5][6] Die handgetriebenen Schrämmaschinen konnten sich jedoch nicht dauerhaft durchsetzen.[2] Im deutschen Steinkohlenbergbau wurde die Schrämmaschine etwa um das Jahr 1900 eingeführt.[7] In den Vereinigten Staaten von Amerika waren im Jahre 1906 bereits 10.212 Schrämmaschinen im Betrieb, in Großbritannien wurden im selben Jahre 1.136 Schrämmaschinen betrieben.[8]
Schlagende Schrämmaschinen
Von den schlagend wirkenden Schrämmaschinen wurden mehrere Typen entwickelt, die in ihrer Funktion ähnlich waren. Angetrieben wurde die Mechanik der Maschine jeweils durch einen Druckluftmotor.[3] Die erste Maschine, die nach diesem Prinzip arbeitete, war die Maschine von Firth und Dennistope. Über ein Gestänge wurde dabei eine Art Keilhaue bewegt. Diese Maschine war so konstruiert, dass sie den gleichen Bewegungsablauf nachahmte, wie ihn die Bergleute beim Schrämen mittels Keilhaue durchführten.[9] Der Motor stand bei dieser Maschine auf einem Wagen, der aus Winkeleisen gebaut war. Der Wagen war 1,25 Meter lang, 0,785 Meter breit und einen Meter hoch. Er wurde zwischen der Ortsbrust und der letzten Stempelreihe in einem Abstand von einem Meter vor der Ortsbrust auf einem Schienengleis hin- und herbewegt. Der Kolben des Motors hatte einen Durchmesser von 131 Millimetern und einen Hub von 314 Millimetern. Die Keilhaue war komplett aus Eisen gefertigt und hatte eine Schneidenbreite von 39 bis 52 Millimetern. Es gab einfache und doppelklauige Keilhauen. Im optimalen Fall konnte die Maschine 70 Schläge in der Minute ausführen. Bei jedem Schlag konnte die Keilhaue 26 bis 39 Millimeter herausarbeiten. Um einen ein Meter tiefen Schram zu erstellen, benötigte sie drei Durchgänge. Die Maschine war in der Lage, in einer achtstündigen Schicht bis zu 105 Meter Flöz zu unterschrämen. Nachteilig war bei dieser Maschine, dass der Wagen aufgrund des heftigen Rückschlages durch den Kolben häufig aus den Schienen sprang. Auch waren die Schrämergebnisse nicht sehr gut, da durch die mehrfachen Durchgänge beim Schrämen Kohlestückchen nachfielen und den Schram verengten.[3] Die Maschine war auch sehr reparaturanfällig und hatte einen hohen Druckluftverbrauch.[9]
Auf der Basis dieser Maschinen wurden weitere Typen entwickelt, die zwar einige Verbesserungen hatten, aber auch andere Mängel aufwiesen. Die Schramhaumaschine von Grafton Jones war nicht in der Lage, die äußeren Ecken des Schlitzes zu bearbeiten, so dass der Schlitz die Form eines Kreissegmentes hatte. Eine Maschine der Maschinenfabrik Hoppe war mit zwei Hauen ausgestattet, wobei jede Haue einen separaten Bereich der Schram bearbeitete. Eine der Hauen hatte eine Klingenbreite von 30, die andere von 70 Millimetern. Da beide Hauen wechselseitig das Flöz so bearbeiteten, dass wenn die eine Haue schlug, die andere zurückschnellte, blieb der Unterwagen relativ ruhig.[3] Eine weitere Maschine war die Frankesche Schrämmaschine. Sie war wesentlich kleiner, wog nur 4,5 Kilogramm und hatte kein Untergestell. Der Hub des Kolbens betrug bei dieser Maschine nur 11 Millimeter. Die Maschine wurde von einem Bergmann manuell in der Schram hin- und hergeführt. Als Schrämstahl wurde eine runde Stahlstange mit flachem Meißel verwendet. Die Maschine konnte sich im Mansfelder Kupferschieferbergbau gut bewähren, im Steinkohlenbergbau war sie nicht brauchbar.[2] Insgesamt bewährten sich die schlagenden Schrämmaschinen im Betrieb nicht.[3]
Schrambohrmaschine
Eine Schrambohrmaschine ist eine Bohrmaschine, mit der gleichzeitig bis zu zehn Bohrer gedreht werden. Die Mechanik der Maschine samt der Bohrer befinden sich auf einem Tisch. Der Tisch ist auf einem Unterwagen montiert und lässt sich seitlich hin- und herbewegen. Diese Konstruktion ähnelt dem Support bei einer Drehbank. Angetrieben wird der gesamte Apparat durch einen Druckluftmotor mit drei Zylindern. Mit der Maschine können so in einer bestimmten Höhe nebeneinander in kurzen Abständen Löcher in das Mineral gebohrt werden. Wenn ein Satz Bohrungen fertig gebohrt ist, werden die Bohrer zurückgezogen und der Tisch mit einem Hebel so zur Seite bewegt, dass bei einem erneuten Bohrvorgang eine Wandstärke von jeweils zehn Millimetern zwischen den einzelnen Bohrlöchern stehen bleibt. In den Bereichen, die sich mit der Konstruktion nicht erreichen lassen, müssen die Löcher mit einer einfachen Bohrmaschine erstellt werden. Das restliche stehenbleibende Material lässt sich leicht wegbrechen, sodass man einen Schram erhält.[3]
Stoßende Schrämmaschinen
Vom Aufbau und der Arbeitsweise haben stoßend wirkende Schrämmaschinen große Ähnlichkeit mit den Stoßbohrmaschinen. Es wurden oft sogar die gleichen Maschinen für das Schrämen benutzt wie für das Bohren. Allerdings wurden die Maschinen hin- und herbewegt, dadurch entstand dann kein rundes Bohrloch, sondern ein länglicher Schram. Es wurden fahrbare und auf Säulen schwenkbare Maschinen gebaut.[2]
Fahrbare Schrämmaschinen
Die ersten stoßend wirkenden Schrämmaschinen kamen über das Versuchsstadium nicht hinaus. Der Grund hierfür lag in ihrer Bauweise. Da die Maschinen mit Druckluft betrieben wurden, waren sie sehr groß und unhandlich. Pneumatische Antriebe waren auch wegen der Kompressibilität von Luft wenig geeignet. Besser eigneten sich Motoren, die mit Wasserdruck angetrieben wurden. Die Firma Carratt Mashall & Company in Leeds entwickelte eine Maschine, die eine Wassersäule als Antrieb hatte. Diese wurde auf einem eisernen Wagen befestigt, der auf einem Gleis stand, und mit einer Kette vorwärts bewegt. Die Kette war als Endloskette ausgeführt und von der Maschine mittels Kettenstern angetrieben. Die Umlenkung erfolgte am Ende der Schiene. Die Maschine konnte durch eine Umkehrfunktion auf dem Gleis hin- und herbewegt werden. Die Maschine konnte sich jedoch im Betrieb wegen des hohen Wasserverbrauchs von fünf Kubikfuß pro Minute nicht bewähren.[3]
Die Schrämmaschine von Schram war vom Grundaufbau die gleiche Maschine wie die Schram'sche Bohrmaschine. Anstelle des Bohrers wurde ein Schrämeisen eingesetzt.[9] Das Schrämeisen war mit Zähnen versehen.[3] Die Maschine wurde mit einem Druckluftmotor betrieben und war auf einem Wagengestell beweglich montiert.[9] Da der Unterwagen leicht beweglich war, benötigte man hierbei keine Gleise. Bei Steigungen wurde der Wagen mit einem Haspel gezogen. Die Maschine war so auf dem Wagen montiert, dass sie unter einem bestimmten Winkel gegen das zu schrämende Mineral stoßen konnte. Die seitliche Bewegung der Maschine erfolgte mittels einer Gewindestange mit Kurbel. Auch die Vorwärtsbewegung des Meißels erfolgte mittels einer Gewindestange mit Kurbel. Der beim Schrämen entstehende Staub wurde mit Druckluft weggeblasen. Das Gestell der Maschine wurde mittels Gewindestangen gegen Sohle und Firste verstrebt. Die Maschine machte pro Minute 400 bis 500 Stöße, und man konnte mit der Maschine in 10 Stunden eine Fläche von bis zu 156 Quadratmetern unterschrämen.[3]
Säulen-Schrämmaschinen
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Eine der ersten Säulenschrämmaschinen war die Eisenbeissche Schrämmaschine. Diese Maschine wurde von dem Grubenschlosser Eisenbeis aus Saarbrücken entwickelt. Das Prinzip, mittels Säulenmaschinen zu schrämen, war bereits vorher aus den USA bekannt. Für die Eisenbeissche Schrämmaschine wurde eine Stoßbohrmaschine mit Schrämstangen und Schrämkrone um eine Spannsäule und einen Führungssektor mit Drehstück ergänzt. Auf die aufgestellte Spannsäule wurde der Führungssektor an einer verschiebbaren Kluppe befestigt, die sich an der Säule befand. Vorschub und Schwenken der Maschine erfolgten jeweils mit einer separaten Kurbel. Um genügend tief zu schrämen, musste die Schrämstange während des Schrämvorgangs mehrmals gegen eine längere Stange ausgetauscht werden. Aufgrund der speziellen Verbindung zwischen Maschine und Säule ließen sich mit dieser Säulenschrämmaschine Schlitze in unterschiedlicher Höhe und unter beliebigem Winkel erstellen. Voraussetzung war, dass der Führungssektor immer parallel zum erstellenden Schram an der Bohrsäule befestigt wurde. Zum Aufstellen und Abrüsten waren zwei Bergleute nötig, zur Bedienung der Maschine nur ein Bergmann. Aufgrund der Erfahrungen mit der Eisenbeisschen Schrämmaschine war es später auch möglich, alle stoßenden Bohrmaschinen zu Schrämmaschinen umzubauen. Mit einer Säulenschrämmaschine kann ein Schram von vier bis fünf Metern Breite erstellt werden, ohne die Maschine umzusetzen. Die Tiefe des Schrams beträgt dabei zwei bis drei Meter. Ein geübter Schrämer kann in einer achtstündigen Schicht zwischen zwölf und fünfzehn Quadratmeter unterschrämen, Spitzenleistungen lagen sogar bei zwanzig Quadratmetern. Säulenschrämmaschinen haben sich besonders in der Streckenauffahrung bewährt.[2]
Fräsende Schrämmaschinen
Bei den fräsenden Schrämmaschinen unterscheidet man Maschinen mit Schrämrädern und Maschinen mit Schrämketten. Im deutschen Bergbau konnten sich die fräsenden Schrämmaschinen aufgrund der Gebirgsverhältnisse nur mäßig durchsetzen.[2]
Maschinen mit Schrämrad
Bei diesem Maschinentyp wird ein gezahntes Rad, das die Höhe des gewünschten Schrames hat, als Schneideinheit verwendet. Von der Arbeitsweise ähnelt diese Maschine einer großen Kreissäge.[3] Das Fräsrad wird auf dem sogenannten Schmetterling, einer großen Eisenplatte, gelagert. Der Schmetterling ist an dem Gestell der Maschine befestigt. Angetrieben wird die Mechanik über einen Druckluftmotor mit zwei Kolben. Die Zylinder des Motors sind auf einem Wagen gegeneinander versetzt montiert. Der Motor treibt ein Zahnrad an, welches wiederum für den Antrieb des Fräsrades sorgt. Der Unterwagen der Maschine ist auf einem Gleis abgestellt, mit einem Seilzug zieht sich die Maschine selbstständig weiter. Das Seil wird dabei auf eine auf dem Wagen montierte Seiltrommel aufgewickelt. Die Maschinen wiegen je nach Größe zwischen 1,5 und 2,5 Tonnen. Das Schrämrad hat einen Durchmesser von 1,6 Metern, allerdings kann mit dem Rad nur eine Schramtiefe von 1,25 Metern erstellt werden.[2] Im Mansfelder Bergbau wurde ein Projekt zum Bau einer Schrämmaschine von der Firma Turley begonnen, das aber nicht zu Ende geführt wurde.[9]
Maschinen mit Schrämkette
Bei diesem Maschinentyp unterscheidet man fest aufgestellte und bewegliche Maschinen. Die fest aufgestellten Maschinen besitzen einen rechteckigen Hauptrahmen. Dieser Hauptrahmen wird mit seiner Längsachse senkrecht zum Stoß aufgestellt. Der Abstand zum Stoß wird dabei sehr gering gehalten. Der gesamte Rahmen wird mit mehreren Verstrebungen gegen Verschieben gesichert. Im Hauptrahmen ist ein zweiter Rahmen beweglich auf Gleitschienen montiert. Die horizontale Bewegung des inneren Rahmens auf den Schienen erfolgt mittels einer Zahnstange. Um den gesamten Umfang des inneren Rahmens befindet sich die über Kettensterne geführte Schrämkette. Auf dem hinteren Ende des Rahmens befindet sich ein Druckluftmotor. Dieser sorgt zum einen für den Antrieb der Schrämkette und zum anderen für die Vorwärtsbewegung des inneren Rahmens. Für die Steuerung der Maschine gibt es mehrere Steuerhebel. Wird die Maschine in Gang gesetzt, bewegt sich die Kette mit einer Geschwindigkeit von 1,3 bis 1,5 Metern pro Sekunde, es wird dabei ein Schram mit einer Höhe von elf bis dreizehn Zentimetern erstellt. Ist die vorgegebene Schramtiefe erreicht, wird der Steuerhebel umgestellt und die Maschine bewegt den inneren Rahmen zurück in die Ausgangsposition. Damit die Maschine seitlich verschoben werden kann, müssen die Verstrebungen gelöst und anschließend wieder befestigt werden. Für das Einschrämen benötigte man mit der Maschine etwa sechs bis sieben Minuten, das seitliche Versetzen dauerte zwei bis drei Minuten. Mit diesen Maschinen konnten pro Stunde elf bis vierzehn Quadratmeter unterschrämt werden. Aufgrund ihres Gewichtes waren sie nur für die flache Lagerung geeignet. Auch benötigten sie aufgrund ihrer Größe sehr viel Platz. Für die Schrämarbeit im Streb gab es bewegliche Kettenschrämmaschinen, die in ihrem Aufbau den Maschinen mit Schrämrad sehr ähnlich waren. Diese Maschinen wurden mit einem Elektromotor angetrieben.[2]
Modifikationen
In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurden die Kettenschrämmaschinen verbessert. Diese Maschinen bestanden aus einem Schrämkopf, der Vorschubwinde und dem Antriebsmotor. An dem Schrämkopf ist ein schwenkbarer Schrämarm befestigt, um den die Schrämkette läuft. Im Schrämkopf befinden sich ein Getriebe und die maschinellen Schwenkeinrichtungen für den Schwenkarm. Der Schwenkarm lässt sich mit einem hydraulischen Getriebe maschinell oder manuell mit einer Knarre schwenken. Als Antriebsmotoren wurden Druckluftmotoren mit einer Leistung von 55 Kilowatt und einem Druckluftverbrauch von bis zu 3000 Kubikmetern pro Stunde oder schlagwettergeschützte Kurzschlußläufermotoren mit Leistungen bis zu 80 Kilowatt eingesetzt. Die Vorschubwinde wird benötigt, um die Schrämmaschine am Stoß entlang zu ziehen. Die Winde ist gegen Überlastung geschützt und bleibt bei Überlast stehen. Es wurden auch Maschinen mit Doppelausleger konstruiert und eingesetzt. Diese hatten zwei übereinander angeordnete Schwenkarme. Der Abstand der Schwenkarme war zwischen 500 und 1000 Millimetern verstellbar, sodass die Maschine den jeweiligen Bedingungen vor Ort anpasst werden konnte. Beide Schwenkarme waren miteinander gekuppelt und konnten so manuell oder maschinell gemeinsam ein- oder ausgeschwenkt werden. Es gab auch Maschinen, die sowohl einen Schram als auch einen Kerb erstellen konnten. Diese Maschinen bestanden aus einem senkrechten Führungsrahmen und einem aus drei Rohren gebildeten waagerechten Führungsrahmen. Auf dem waagerechten Führungsrahmen befand sich die eigentliche Schrämmaschine. Die komplette Maschine wurde durch ein Raupenfahrwerk bewegt. Der Antriebsmotor der Maschine hatte eine Leistung von 20 Kilowatt. Mit der Maschine konnten Schlitze von 90 Millimeter Dicke erstellt werden.[10]
Einsatz
Im Bergbau wurden Schrämmaschinen eingesetzt, um für die Förderung einen oder mehrere schräge Schlitze in das zu gewinnende Mineral bzw. in das Kohleflöz zu erstellen. Auf diese Weise konnte die Kohle leichter mittels Hacke oder sonstiger Geräte herausgebrochen werden.[2] Der Walzenschrämlader ist die Weiterentwicklung zu einer Kombination aus einer Schrämmaschine/Schrämwalze, die das Abbaugut aus dem Flöz trennt, und einem Querräumer zum Verräumen des Abbaugutes z. B. auf einen Doppelkettenförderer, so dass Gewinnung und Verladung vollmechanisch ausgeführt werden.[11]
In Steinbrüchen schneidet man mit Schrämmaschinen ganze Blöcke aus der Wand. Die Arbeitstiefe der Schräme im Steinbruch liegt bei ca. 2,50 m. Die Sägekette hat Kettenglieder, die entweder aus Hartmetall oder aus Hartmetall mit Diamanteneinlagen bestehen. Schrämen sägen nur im Weichgestein (Marmor, weicher Kalkstein, tongebundene Sandsteine oder Tuffe).[12]
Literatur
- Steffen, v. Praun: Der praktische Bergmann, 4. Auflage, Lehrmitteldienst G.m.b.H., Hagen/Essen 1954
Einzelnachweise
- Walter Bischoff, Heinz Bramann, Westfälische Berggewerkschaftskasse Bochum: Das kleine Bergbaulexikon. 7. Auflage, Verlag Glückauf GmbH, Essen, 1988, ISBN 3-7739-0501-7.
- Fritz Heise, Fritz Herbst: Lehrbuch der Bergbaukunde mit besonderer Berücksichtigung des Steinkohlenbergbaus. Erster Band, Verlag von Julius Springer, Berlin 1908.
- Albert Serlo: Leitfaden der Bergbaukunde. Erster Band, Verlag von Julius Springer, Berlin 1869.
- Verbesserungen an Schrämmaschinen mit Messerscheibe, Lilienthal, Gustav, Kgl. Sächs. P. Nr. 4771. Linienthal-Museum, 10. Januar 1877, abgerufen am 31. Dezember 2021.
- Patent DE2291C: Schräm-Maschine mit Messerscheibe. Veröffentlicht am 20. Oktober 1877, Erfinder: Gustav Lilienthal.
- Tafel mit Inschrift im Otto-Lilienthal-Museum - Liepen/Anklam. (abgerufen am 5. September 2011).
- Ernst-Ulrich Reuther: Einführung in den Bergbau. 1. Auflage, Verlag Glückauf GmbH, Essen, 1982, ISBN 3-7739-0390-1.
- Lexikon der gesamten Technik,Schrämmaschine (abgerufen am 5. September 2011).
- Gustav Köhler: Lehrbuch der Bergbaukunde. 2. Auflage, Verlag von Wilhelm Engelmann, Leipzig 1887.
- Carl Hellmut Fritzsche: Lehrbuch der Bergbaukunde. Erster Band, 10. Auflage, Springer Verlag, Berlin/Göttingen/Heidelberg 1961.
- Heinz Kundel: Kohlengewinnung. 6. Auflage, Verlag Glückauf GmbH, Essen, 1983, ISBN 3-7739-0389-8.
- Patent DE19625039C2: Kettenschrämgerät zur Schlitzherstellung im Festgestein. Angemeldet am 22. Juni 1996, veröffentlicht am 10. Juni 1998, Anmelder: Lausitzer Braunkohle AG, Erfinder: Klaus Wulff, Werner Fahle.
