Göpel

Pferdegöpel

Ein Göpel ist eine Kraftmaschine, die Muskelkraft von Menschen oder Tieren zum Antrieb von Maschinen einsetzt. Ein Pferdegöpel benutzt Zugpferde als Kraftquelle. Es wird zum herausholen von Erz, Transport von Bergleuten und Werkzeug, und zum Abpumpen von Grubenwässern eingesetzt. Andere Bezeichnungen sind Göpelwerk oder Göpelkunst.

photography — Von Pferdegöpeln geprägte Bergbaulandschaft in Banská Štiavnica (1726). Public Domain.

Der Göpel ist die einfachste Maschine, mit der die Muskelkraft eines Menschen oder Zugtieres auf eine Achse übertragen werden kann. Die Muskelkraft wird in eine rotierende Bewegung mit geringer Umdrehungszahl der Welle umgewandelt. Werden andere Drehzahlen benötigt, muss die Hauptwelle über eine Zahnradübersetzung in eine andere Drehzahl umgewandelt werden. Die Drehbewegung wird über hölzerne Antriebswellen oder mittels Riemen auf externe Arbeitsmaschinen weitergeleitet.

Bergbau begann an der Oberfläche mit offenen Gruben, aber in einer gewissen Tiefe begann das Wasser, Grundwsser und Regenwasser, in das Bergwerk zu fließen und es zu fluten. Daher war es absolut notwendig das Wasser abzupumpen. Dies ist eine sehr spezielle Anwendung, denn es muss kontinuierlich gepumpt werden, und die benötigte Energiemenge ist viel höher als das, was ein Bergmann mit Muskelkraft bewältigen kann. Außerdem sollte die Möglichkeit bestehen, bei Bedarf viel mehr zu pumpen, da es nach starken Regenfällen oder wenn ein Aquifer angeschnitten wurde, zu Überschwemmungen kommen konnte. Auf der anderen Seite ist ein Bergwerk unbeweglich, es war möglich einen Antrieb zu verwenden, der stationär war. Im Mittelalter gab es dafür zwei mögliche Antriebsarten, Wasserkraft und Muskelkraft. Wasserkraft behandeln wir auf einer eigenen Seite, hier widmen wir uns den diversen mit Muskelkraft betriebenen Systemen. Manche sagen, eine dritte Quelle sei der Wind gewesen, aber die Windräder waren noch nicht effizient genug, und sie waren auch zu unzuverlässig, wenn der Wind ausfiel, blieben die Pumpen stehen. Die ersten Anwendungen waren im Bergbau das Pumpen sowie der Transport von Bergleuten und Erz. Es gibt sowohl stationäre als auch bewegliche Göpel, im Bergbau wurden jedoch primär stationäre verwendet. Wir haben uns hier auf die weitverbreitetsten Typen von Göpeln mit Bezug zum Bergbau beschränkt.

Der Einsatz von Göpeln begann in Mitteleuropa im 14. Jahrhundert im Bergbau. Historische Werke wie Georgius Agricolas Buch De Re Metallica Libri XII beschreiben die ersten Einsätze. Diese frühen Maschinen wurden aus Holz gebaut, da Metall sehr teuer war. Deshalb sind heutzutage nur noch wenige erhalten, allerdings wurden einige nach alten Stichen rekonstruiert. Die Göpeltypen werden danach unterschieden wie die Kraft auf die Welle übertragen wird. Da gibt es zwei grundsätzlich unterschiedliche Typen, horizontale (liegende) und vertikale (stehende) Achse.

Handgöpel oder gemeiner Göpel: Dem Nicht-Bergmann als Handkurbel bekannt, ist das einfach eine Kurbel mit einer Walze für ein Seil. Eventuell gibt es noch eine Umlenkrolle. Hängt man das Seil in einen Schacht, kann man Eimer herauf ziehen oder hinunter lassen. Damit kann man Wasser aus dem Bergwerk holen, Erze heraufbefördern, oder Werkzeug oder Nahrungsmittel hinunter lassen. Doch für schwere Lasten sind sie nicht geeignet, das Gewicht ist durch die Kraft und Ausdauer des Bergmanns begrenzt, der sie antreibt. Die früheste Verwendung war wahrscheinlich in steinzeitlichen Feuersteinminen oder zum Schöpfen von Wasser aus Brunnen. Es handelt sich um einen liegenden Göpel.
Tretgöpel oder Tretmühle: Das ist das was wir als Hamsterrad kennen. Ein Zylinder mit liegender Achse, groß genug, dass man sich hineinbegeben kann. In der Regel handelte es sich um ein riesiges liegendes Rohr aus Holzlatten. Läuft man in einer Richtung geht es schnell bergauf, das Körpergewicht drückt den Zylinder nach unten, und er dreht sich unter einem weg. Schnell erreicht man eine Art Gleichgewicht. Derartige Göpel wurden auch als Antriebe für Krane eingesetzt, man kennt Beispiele seit der Römerzeit. Wurde mehr Kraft benötigt, wurden längere Zylinder genutzt und mehrere Personen oder Tiere liefen nebeneinander. Es gab zwei Bauformen, man lief entweder innen am tiefsten Punkt oder außen fast oben, beide Variationen nutzten aber genau den gleichen Effekt. Man musste allerdings aus Sicherheitsgründen Rampen und Geländer anbringen, wenn oben gelaufen wurde, die Gefahr des herunterfallens war bei großen Tretgöpeln sonst erheblich. Dieser letzte Typ war in den Arbeitslagern und Gefängnissen des 18. und 19. Jahrhunderts recht beliebt. Es handelt sich um einen liegenden Göpel.
Zuggöpel oder Rundlaufgöpel: Das ist nun die im Bergbau häufigste Form, die Vielfach auf Zeichnungen und Stichen festgehalten wurde. Eine senkrecht stehende Achse wird angetrieben, indem sich Leute oder Tiere langsam darum herumbewegen. Dabei wird eine radial nach außen ragenden Stange entweder geschoben oder gezogen. Wiederum kann man die Kraft vergrößern, indem man weitere Stangen anbringt, typisch sind jedoch zwei sich kreuzenden, also vier Enden. Außerdem kann man die Stangen verlängern. Es handelt sich um einen stehenden Göpel.
Pferdegöpel oder Rosskunst oder Rossmühle: Das ist nur ein Spezialfall des Rundlaufgöpels, nämlich die Verwendung von Pferden als Antriebsquelle. Bergleute wollten nicht nur Essen und Trinken, ein Lohn kam noch hinzu, sie waren also zu teuer. Da waren Tiere preiswerter, und Pferde, Mulis oder Maultiere waren deutlich stärker, ausdauernder und arbeiteten mehr oder weniger freiwillig für Kost und Logis. Die massive Achse und die Querstangen benötigten Abstützung, damit sie nicht umfielen, auch ein Dach das den Göpel und die Pferde schützte wurde angebracht. Die Form war typischerweise kegelförmig, eine außergewöhnliche Bauform, die man auf alten Abbildungen leicht erkennen kann. Diese Göpel waren stationär, was aber kein Problem darstellte, der Bergwerksschacht war ja auch stationär. Deshalb waren diese effizienten Kraftmaschinen gerade im Bergbau so beliebt Es handelt sich um einen stehenden Göpel.

Der einfachste Göpel hatte einfach eine Winde, eine Trommel auf der das Seil aufgerollt wurde, direkt auf der Achse. Durch das Drehen der Achse wird das Seil also direkt auf- oder abgewickelt. Wurde von Hochziehen auf Ablassen umgeschaltet, mussten die Pferde ihre Richtung ändern. Zudem war ja der Transport nur die zweitwichtigste Aufgabe. Die Wichtigste, das Pumpen von Grubenwasser, erforderte Pumpen im Bergwerk, weil Pumpen nur 10 m hoch ansaugen können aber deutlich höher hochpumpen. Also musste die Bewegung zur Pumpe ins Bergwerk hinunter transportiert werden, entweder durch Balken die sich drehten oder durch Vor- und Rückwärtsbewegung. Es gab auch Grubenpferde die im Bergwerk lebten und unterirdisch einen Göpel antrieben, so mußte die Kraft nicht so weit transportiert werden.

Im Laufe der Zeit wurden die Göpel immer besser. Das Drehen des Rades, die Drehbewegung, wurde zunächst auf ein Planetengetriebe übertragen. Dann wurde es mit beweglichen Holzbalken in das Bergwerk transportiert, wo die Pumpen zum Pumpen des Wassers angetrieben wurden. Wurde er als Antrieb für den Aufzug im Schacht verwendet, kam die Möglichkeit der Richtungsumkehr hinzu. Doch mit der Einführung der Dampfmaschine endete das Zeitalter der Pferde. Auch der Transport von Kraft über Gestänge wurde durch dezentrale Antriebe, Druckluft, Hydraulik, und Elektrizität abgelöst.