III. Ueber Gesteins-Bohrmaschinen und die Anwendung comprimirter Luft beim Grubenbetrieb. Ueber Gesteinsbohrmaschinen und die Anwendung comprimirter Luft beim Grubenbetrieb. Der immer mehr sich fühlbar machende Mangel an Arbeitskräften hat die Aufmerksamkeit der Grubenbesitzer, Tunnelbau-Unternehmer u. s. w. in letzterer Zeit lebhaft auf die Gesteins-Bohrarbeit mittelst Maschinenkraft gelenkt und die Fortschritte welche man bereits mit dieser Methode gemacht hat, berechtigen zu der Erwartung daß deren Anwendung bald sich verallgemeinern wird. Es dürfte daher für die Leser dieses Journals von Interesse seyn, eine kurze Darlegung der seitherigen Entwickelung der Maschinenbohrarbeit beim Berg- und Tunnelbau in nachstehender Mittheilung zu erhalten. Die meisten der bis jetzt bekannten Gesteins-Bohrmaschinen sind Stoßmaschinen und beruhen auf der Verwendung comprimirter Luft als Motor. Wahrscheinlich steht diesem System die größte Zukunft bevor, da die comprimirte Luft nebenbei zum Betriebe unterirdischer Haspel, Fördergöpel, pneumatischer Pumpeneinrichtungen u. dgl. sich eignet, und dafür in neuerer Zeit benutzt zu werden beginnt, namentlich aber, da die Luft, nachdem sie in den Maschinen gewirkt hat, in den Grubenräumen eine frische und kräftige Ventilation erzeugt, welche andere Hülfsmittel zur Wetterführung ganz oder theilweise entbehrlich macht. Mechanisch genommen ist es kein vortheilhaftes Princip, sich comprimirter Luft als Zwischenmotor zum Betriebe von Kraftmaschinen zu bedienen, da durch den Compressions-Proceß immer ein guter Theil des Nutzeffectes des ursprünglich verwendeten Motors verloren geht. Trotzdem ist diese Art der Krafttransmission in vielen Fällen, namentlich im Berg- und Tunnelbau, gerechtfertigt, da hydraulischer Druck nur selten vorhanden oder nicht so leicht verwendbar ist als Luft, der Dampf aber in unterirdischen Räumen, seiner Wärme-Ausstrahlung, Condensation und erstickenden Eigenschaft wegen, ein unzulässiges Hülfsmittel ist. Zieht man den sehr schätzbaren Nebenvortheil der Ventilation in Mitbetracht, so erscheint die comprimirte Luft für die meisten Fälle als das praktischste Medium zum Betriebe unterirdischer Maschinen. Schon bei Durchstechung des Mont Cenis-Tunnels, der ersten großartigen Anwendung von Gesteins-Bohrmaschinen, hat man die in der Nähe vorhandenen Wassergefälle zur Compression von Luft benutzt und mittelst der letzteren die Bohrmaschinen betrieben. Man comprimirte die Luft auf etwa 5 Atmosphären Ueberdruck mittelst horizontaler Pumpen, deren Kolben auf beiden Seiten mit einer Wassersäule bedeckt waren, welche der abwechselnden Bewegung des Kolbens folgten und sich bei ihrer Oscillation den Ein- und Ausströmungsklappen vollständig näherten. Indem das Wasser in der Pumpe allmählich erneuert wurde, vermied man auf diese Weise die starke Erhitzung der Pumpentheile, wie sie bei Compression der Luft auf hohen Druck vorkommt, und reducirte gleichzeitig den schädlichen Raum in den Pumpen, zwischen Kolben und Klappen, auf ein Minimum. Dieses System von Luft-Compressionspumpen hat sich am Mont Cenis sehr gut bewährt, und ist seitdem an anderen Orten mehrfach nachgeahmt worden; in Deutschland ist dasselbe in verschiedenartiger Construction hauptsächlich aus der Maschinenfabrik von Sievers u. Comp. in Kalk bei Deutz hervorgegangen und von diesen Fabrikanten mit dem Namen „nasse Luftpumpen“ bezeichnet worden, im Gegensatz zu den „trockenen,“ welche, ähnlich den gewöhnlichen Gebläsemaschinen, ohne Wasser als Zwischenmittel auf dem Kolben arbeiten. Eine der rationellsten Luftpumpen letzterer Art hat Hr. Civilingenieur Kley in Bonn für die Grube Altenberg bei Aachen construirt. (Dieselbe ist in der Broschüre über Gesteins-Bohrmaschinen von Maschinen-Inspector Carl Sachs, 1865, bei Benrath und Vogelgesang in Aachen näher beschrieben.) Trotzdem der schädliche Raum bei dieser Pumpe auf 3 Procent des vom Kolben durchlaufenen Raumes reducirt ist, bewirkt derselbe bei 5 Atmosphären Ueberdruck schon eine Verminderung des gelieferten Windvolumens, von 15 Proc. Allerdings arbeiten die meisten Gesteins-Bohrmaschinen, wie sie bis jetzt im Bergbau in Anwendung gekommen sind, mit nur 1½–2½ Atmosphären Luftdruck, wofür also der Einfluß des schädlichen Raumes bei trockenen Pumpen auf 4,5 bis 7,5 Proc. vermindert werden könnte, während er bei nassen Pumpen unter denselben Verhältnissen höchstens 3 Proc. beträgt. Hierzu kommt noch der Windverlust durch den Kolben, der bei trockenen Pumpen etwa 7 Proc. mehr betragen mag als bei nassen, so daß im Ganzen bei ersteren 8,5 bis 11,5 Proc., durchschnittlich 10 Proc. mehr an Volumen verloren gehen als bei letzteren. Dagegen ist es möglich, die trockenen Pumpen noch ohne erheblichen Uebelstand mit 5 Fuß Kolbengeschwindigkeit in der Secunde arbeiten zu lassen, während die nassen Pumpen, ohne zu heftiges Schlagen und Ueberstürzen des darin enthaltenen Wassers, nicht gut über 2½ Fuß Kolbengeschwindigkeit haben dürfen. Die Altenberger trockene Pumpe ging gewöhnlich recht befriedigend mit 4 Fuß Geschwindigkeit. Um gleiche Luftvolumina zu liefern, können sich nach dem Gesagten die Durchmesser einer nassen und einer trockenen Pumpe verhalten wie Textabbildung Bd. 201, S. 8 oder wie 1 : 0,74. Hierbei ist für die trockene Pumpe indessen eine so rationelle Construction vorausgesetzt wie die Altenberger, während z. B. in Louisenthal (bei Saarbrücken) an einer anderen trockenen Pumpe gemachte Indicator-Versuche erwiesen haben, daß dafür das effectiv gelieferte Luftvolum nur 66 Proc. des vom Kolben durchlaufenen Raumes betrug. Man ist also des gelieferten Windquantums bei trockenen Pumpen nicht immer so sicher wie bei nassen Pumpen, und wenn man bei beiden Systemen auf höheren Druck von 4–5 Atmosphären Rücksicht nimmt, um eventuell auch Fördermaschinen, Haspel u. dgl. ökonomisch damit treiben zu können, so erscheinen die nassen Pumpen als diejenigen, welche im Allgemeinen den Vorzug verdienen. Für höheren Druck müssen die trockenen Pumpen äußerlich mit Wasserkühlung versehen werden, um sich nicht zu sehr zu erhitzen, was sie nicht billiger und einfacher erscheinen läßt als die nassen. Im Allgemeinen ist der Frage, ob trockene oder nasse Luftpumpe, keine zu große Bedeutung beizumessen, da bei rationeller Construction beide Systeme in Bezug auf Preis und Wirkung für die gebräuchlichen Pressungen bis zu 5 Atmosphären mit Zweckmäßigkeit anwendbar sind. Ein anderer Gesichtspunkt tritt hinzu, wenn man comprimirte Luft von über 5 Atmosphären verlangt. In England ist man bis zu 8 Atmosphären gegangen, um unterirdische Fördermaschinen u. dgl. zu treiben, aber die häufigen Störungen welche bei so hohem Druck durch Eisbildung in den Ausströmungsöffnungen der Maschinen entstanden sind, haben veranlaßt daß man von diesen hohen Pressungen zurückgekommen ist und sich mit 3–4 Atmosphären begnügt. Kann man durch trockene Pumpen jene störende Eisbildung vermeiden, so bleibt es fraglich, ob dieselben trotz ihres größeren Verlustes durch den schädlichen Raum, der übrigens auf die Betriebskraft selbst gar keinen Einfluß ausübt, dennoch den nassen nicht vorzuziehen wären, um dadurch bei den vortheilhafteren Pressungen von 6–8 Atmosphären verbleiben zu können. Es ist aber wahrscheinlich, daß man sich in Deutschland mit Pressungen bis zu 4 oder 5 Atmosphären allgemein begnügen wird, und bis zu diesen Pressungen ist weder am Mont Cenis noch sonst irgendwo bei gut construirten nassen Pumpen die Erscheinung der Eisbildung beobachtet worden. Die Ventilation der Grube dagegen hat sich frischer und angenehmer erwiesen als bei trockenen Pumpen. Berücksichtigt man alles Gesagte zusammen, so wird man sich in der Regel besser dabei stehen, nasse Pumpen statt trockene anzuwenden. In Bezug auf den Kostenpunkt hängt derselbe viel von der mehr oder minder vollkommenen Construction ab, die sehr verschiedenartig seyn kann, und in jedem einzelnen Falle den Umständen gemäß gewählt werden muß. Die erste Gefteins-Bohrmaschine mit comprimirter Luft betrieben, welche größere Anwendung gefunden hat, ist die Sommeiller'sche, mit der bekanntlich der 12210 Meter lange Mont Cenis-Tunnel durchbohrt worden ist. Obgleich sich diese Maschine bei dieser Gelegenheit gut bewährt hat, so ist sie doch, ihrer großen Dimensionen wegen, für den Bergbau im Allgemeinen wenig geeignet und mit Ausnahme auf Grube Marihaye bei Lüttich bis jetzt nicht weiter in Anwendung gekommen. In Deutschland hat Schwartzkopff vor etwa 15 Jahren eine Gesteins-Bohrmaschine zur Sprengung der Felsen im Rhein bei Bingen zur Anwendung gebracht. Die Maschine wurde mit Dampf betrieben, konnte aber eben so gut mit comprimirter Luft arbeiten. Ihre Construction war jedoch nicht dauerhaft und zweckentsprechend genug, um sich weiteren Eingang zu verschaffen. Bald nach Beginn der Bohrarbeit am Mont Cenis befaßte sich Schumann in Freiberg damit, eine praktische Bohrmaschine für den Bergbau zu erfinden, indem er ebenfalls comprimirte Luft dazu benutzte; bei seiner ersten Maschine mußte die Steuerung noch mittelst eines Schwungrädchens und einer Kurbel von der Hand des Arbeiters bewegt werden. Später, nachdem er einen Besuch am Mont Cenis gemacht hatte, gelang es Schumann, seine Maschine, ähnlich wie die Sommeiller'sche, selbstthätig zu construiren. Schumann hatte seiner Stellung wegen (er war Modellschreiner der Bergakademie) mit mancherlei Schwierigkeiten zu kämpfen, doch brachte er seine Maschine im Rothschönberger-Stollen bei Freiberg zur Anwendung und erzielte damit versprechende Resultate. Ueber der weiteren Verbesserung seiner Erfindung, die er mit vielem Eifer, soweit es ihm die Verhältnisse gestatteten, fortsetzte, starb Schumann (1864). Obgleich sein System noch mangelhaft war und sich nicht weiter verbreitet hat, so gebührt dem schlichten, aber tüchtigen Mann das Verdienst, der Einführung der Gesteins-Bohrmaschinen im Grubenbetrieb zuerst wirksam Bahn gebrochen zu haben. Im Jahre 1863 entschloß sich die Gesellschaft Vieille Montagne, auf Vorschlag ihres Gruben-Directors, Hrn. O. Bilharz, die Schumann'schen Gesteins-Bohrmaschinen auf der Grube Altenberg bei Aachen zu versuchen. Bei dieser Gelegenheit ging aus der Schumann'schen Maschine, die Mängel derselben vermeidend, die Sachs'sche Construction hervor, wie sie in der oben angeführten Broschüre näher beschrieben ist. Während mit derselben am Altenberg gute Erfolge erzielt wurden, benutzte gleichzeitig ein englischer Unternehmer, Namens Doering, die Sachs'sche Maschine beim Streckenbetrieb auf Grube Altendorf bei Steele, indem er sich besonders bemühte, ein besseres Befestigungsgestell zu construiren als dasjenige war, welches, dem Mont Cenis nachgeahmt, am Altenberg in Gebrauch war. Später gab Hr. Doering sein Unternehmen zu Altendorf auf und ging nach England, wo er sich ausschließlich der Gesteins-Bohrmaschinen-Arbeit widmete. Im Jahre 1867 stellte Doering in Paris ein Befestigungsgestell seiner Erfindung mit einer Sachs'schen Bohrmaschine und einer dreistiefeligen trockenen Luftpumpe betriebsfähig auf. Später fügte er noch eine Bohrmaschine seiner eigenen Construction hinzu, mit welcher er seitdem hauptsächlich in England (Cornwall) gearbeitet hat. Doch ist über die damit erzielten Resultate noch nichts Vollständiges in die Oeffentlichkeit gedrungen. Außer der Sachs'schen und Doering'schen Maschine waren nur noch zwei Stoßmaschinen auf der Pariser Ausstellung vorhanden, nämlich die Bergström'sche (Schweden) und die Haupt'sche (Amerika). Die letzere wurde mit Dampf betrieben, wog 150 Kilogramme und war hinsichtlich Construction und Aufstellung nichts weniger als zweckmäßig. Die Bergström'sche Maschine dagegen war einfach und sinnreich, und arbeitete bei den Versuchen in der Ausstellung ziemlich gut. Indessen ist sie in Deutschland seitdem nicht weiter bekannt geworden. Außer den genannten Gesteins-Bohrmaschinen war in Paris noch das Leschot'sche System von Bohrmaschinen ausgestellt, welches auf Druck und Rotation, statt auf Stoß beruht.Beschrieben nach der neuesten Construction, im polytechn. Journal, 1870, Bd. CXCVIII S. 369. Der Bohrer besteht aus einer hohlen Röhre, die an ihrem vorderen Ende mit schwarzen Diamanten besetzt ist. Diese schneiden in das Gestein, während die Röhre unter bestimmtem Druck rotirt, eine kreisförmige Furche ein und lassen in der Mitte einen Kern stehen, der nachträglich abgebrochen wird. De la Roche-Tolay hat dieses System in höchst sinnreicher Weise mit hydraulischem Druck construirt, und auf der Ausstellung die allgemeine Aufmerksamkeit damit erregt. In Deutschland ist dasselbe bis jetzt noch nicht eingeführt, verdient aber wegen seiner Vorzüge vor den Stoßmaschinen alle Beachtung; ob es so allgemein und leicht anwendbar ist wie Luft-Bohrmaschinen, ist übrigens zweifelhaft. Am meisten Eingang in Deutschland und Oesterreich hat sich bis jetzt die Sachs'sche Maschine verschafft. Auch die Doering'sche Maschine ist an einzelnen Orten versucht worden. Beide Systeme werden in der Maschinenfabrik von Sievers und Comp. in Kalk bei Deutz mit vieler Sachkenntniß und Sorgfalt gebaut. Dieselbe liefert auch verschiedene Arten von Befestigungsgestellen, unter anderen das Doering'sche, sowie alle in die Specialität schlagende Zubehöre. Die Doering'sche Maschine wiegt mit Support 130 Pfd. und kostet 450 Thlr. — Die Sachs'sche Maschine mit Support wiegt 85 Pfd. und kostet 225 Thlr. — Sievers und Comp. haben noch ein kleineres und vereinfachtes Modell der Sachs'schen Maschine in neuester Zeit angefertigt, das mit Support nur 60 Pfd. wiegt und 180 Thlr. kostet. Die Sachs'schen Maschinen, mit größtentheils nassen Luftpumpen, sind bereits an folgenden Orten in Anwendung: Altenberg bei Aachen, Sulzbach-Altenwald, Louisenthal bei Saarbrücken, Ferdinandsgrube bei Kattowitz, Leoben (Steiermark), Scharley, Mathilde, Paulus (Oberschlesien), Clausthal (Harz), Mechernicher Bleiberg. In Montirung sind gegenwärtig begriffen die Bohranlagen auf Schacht Christian Levin bei Borbeck, Erin bei Castrop, Neu-Iserlohn bei Dortmund. Ferner sind noch in Kalk bestellt Bohranlagen und Luftpumpen für Tremonia bei Dortmund, Vollmond bei Langendreer, Flora bei Bochum, Stahlberg bei Müsen, Otto Meurer bei Wissen, Rossitz, bei Brünn, Grube Columbus (Vieille Montagne) bei Bensberg. Die Doering'sche Maschine ist hauptsächlich bei dem Tunnelbau bei Brilon zur Anwendung gekommen; mit welchem Erfolg, ist nicht bekannt. In letzterer Zeit hat Osterkamp in Eschweiler eine Bohrmaschine construirt, die auf einer Modification der Doering'schen Maschine beruht und auf einigen Gruben der dortigen Umgegend, auf Zeche Ruhr und Rhein bei Ruhrort und am Mechernicher Bleiberg versucht worden ist. Die Osterkamp'sche sowohl als die Doering'sche Maschine unterscheidet sich dadurch hauptsächlich von der Sachs'schen, daß bei ersterer die Steuerung und Umsetzung des Bohrers durch besondere Hülfskolben, statt durch Hebelübersetzung vom Hauptkolben aus bewerkstelligt werden. Es hat sich aber gezeigt, daß durch die seitliche Reibung, welche der Bohrer im Bohrloch erleidet, die Steuerung in ersterer Weise nicht so sicher und regelmäßig erzielt wird als durch den Hebelmechanismus bei der Sachs'schen Maschine. Bei der Osterkamp'schen Maschine tritt namentlich die Erscheinung auf, daß beim Beginn des Bohrloches der Bohrer in einigen Schlägen um seine Achse geschleudert wird, während die Maschine zu stocken beginnt oder nur noch matt und langsam schlägt, wenn das Bohrloch 3–4 Zoll tief geworden ist. Der Arbeiter muß daher häufig der Steuerung zu Hülfe kommen, und da er außerdem bei demselben System darauf angewiesen ist, die Maschine fest zu halten und vorwärts zu schieben, wenn der Bohrer in's Gestein eindringt, so sind an ihn Anforderungen gestellt, die er nur mit größter Mühe und Aufmerksamkeit gleichzeitig erfüllen kann. Die Sachs'schen Maschinen dagegen besitzen den Vorzug, einen höchst einfachen Mechanismus zu haben, der sie genau in demselben Verhältniß selbstthätig vorwärts schiebt, als der Bohrer in's Gestein eindringt. Der Gang der Maschine regelt sich also ganz von selbst je nach der größeren oder geringeren Härte des Gesteines, und dem Arbeiter ist nichts weiter überlassen, als die Maschine in der gewünschten Stellung zu befestigen, sie bei der Arbeit zu beobachten und von Zeit zu Zeit einen längeren Bohrer einzusetzen. Am Bleiberg bei Mechernich sind die Osterkamp'schen Maschinen, nach den angestrengtesten Bemühungen von Seiten der dortigen Betriebstechniker, als nicht brauchbar zurückgestellt und durch Sachs'sche Maschinen ersetzt worden. Mit letzteren bohrt man sehr flott bei 300 bis 350 Schlägen in der Minute 3–4 Zoll im rheinischen Schiefer ab und fährt damit doppelt so schnell auf als mit Handarbeit. Dabei ist das Gedinge der Bergleute von 25 Thlrn. auf 20 Thlr. per Lachter herabgesetzt worden. Die Maschinen arbeiten häufig 14 Tage ununterbrochen, ohne der Reparatur zu bedürfen, was allen billigen Erwartungen entspricht, und ein Beweis ihrer dauerhaften Construction ist. Während die Doering'sche Maschine unter sonst gleichen Verhältnissen bei 35 Pfd. Luftdruck durchschnittlich 270 Schläge macht, arbeitet die Osterkamp'sche Maschine bei 28 Pfd. Luftdruck mit 210 Schlägen und die Sachs'sche bei 21 Pfd. Luftdruck mit 410 Schlägen. Der Luftverbrauch ist bei den verschiedenen Maschinen im selben Verhältniß verschieden und hat sich dieß auch am Mechernicher Bleiberg bestätigt. Auf Zeche Ruhr und Rhein wird bis jetzt nur mit einer Osterkamp'schen Maschine versuchsweise beim Schachtabteufen gearbeitet. Auch hier machen sich bei dem System dieselben Mängel geltend wie in Mechernich. Man beabsichtigt daher, nächstens ebenfalls Sachs'sche Maschinen zum Vergleich zu versuchen. Hr. Maschinenmeister Steinforth in Mechernich hat ein eigenes, sehr zweckmäßiges Befestigungsgestell construirt, welches viel zu dem guten Erfolg der dortigen Bohrarbeit beiträgt. Dasselbe ist noch einfacher und weniger Raum einnehmend als das Doering'sche Gestell, dabei von vollkommener Universalität und Stabilität, so daß man ebenso bequem vor Ort, als in Firste und Sohle oder den Seitenstößen, wenn es nöthig seyn sollte, die Löcher ansetzen kann. Bei Anwendung solcher fixen Gestelle kommt es gar nicht darauf an, ob die Bohrmaschinen etwas leichter oder schwerer sind, da der Arbeiter sie nicht selbst zu halten braucht. Die schwereren Maschinen halten den Rückstoß leichter aus als die leichteren. Wo aber der zu beschränkten Räumlichkeit wegen ein besonderes Befestigungsgestell nicht zulässig ist, da kann die Sachs'sche Maschine, namentlich das kleinste von Sievers und Comp. eingeführte Modell, ebenso bequem und jedenfalls mit besserem Erfolge benutzt werden als die Osterkamp'sche. Die Erfahrung hat gezeigt, daß beim Schachtabteufen die Bohrmaschine ohne Schwierigkeit vom Arbeiter selbst festgehalten werden kann, und daß also die Maschinen-Bohrarbeit sich für's Schachtabteufen ganz besonders empfiehlt. Immerhin werden auch hierbei die Doering'schen und Sachs'schen Maschinen dem Arbeiter mehr freie Hand lassen, als die Osterkamp'schen. Auffallend ist der geringe Verbrauch an Bohrern beim Maschinenbohren im Verhältniß zur Handarbeit, offenbar eine Folge des mehr gleichmäßigen Schlages und der regelmäßigen Drehung des Bohrers. Die Leitung der comprimirten Luft von der Compressionspumpe bis vor Ort kann in gußeisernen oder schmiedeeisernen Röhren geschehen und unterliegt, wie sich gezeigt hat, keinerlei besonderer Schwierigkeit. Bei vorsichtiger Dichtung der Verbindungen und hinreichender Röhrenweite ist der Luft- und Druckverlust ohne Bedeutung und fast unmerklich. So ist die Gesteinsbohrarbeit mittelst Maschinenkraft, nicht ohne Ueberwindung mannichfacher anfänglicher Schwierigkeiten und Versuche, bereits auf einem Standpunkt angekommen, der sie zu allgemeiner Anwendung geeignet macht, und es wird voraussichtlich nicht mehr lange dauern, bis sie sich in die Praxis des Bergbaues vollständig eingebürgert hat. (Berggeist, 1871, Nr. 31.)