Erkundungsbohranlage

Der Elektromotor der Firma Siemens-Schuckert ist ein Schleifringläufermotor mit abhebbaren Bürsten. Die drei rillenlosen Kontaktringe liegen offen zwischen Motorblock und dem Lagerbügel. Gut sichtbar sind die drei jeweils gegenüberliegenden Bürstenpaare und die bügelförmige Abhebevorrichtung mit dem isoliert angebrachten Bedienhebel. An der gegenüberliegenden Seite tritt die Welle aus dem tonnenförmigen Motorblock aus und ist mit einem Riemenrad bestückt. Schleifringmotoren wurde in den Jahren 1890/91 bei der AEG entwickelt und kamen speziell dort zum Einsatz, wo hohe Anlaufmomente notwendig waren. Erst die Entwicklung elektronischer Frequenzumrichtern machten die konventionellen Asynchronmotoren (Kurzschlussläufer) auch in diesen Bereichen konkurrenzfähig. Bei Schleifringläufern mit Bürstenabhebevorrichtung sind die Schleifringe lediglich während der Anlaufphase aktiv: Der über Widerstände geregelte Anlaufstrom liegt an den Schleifringen des Motors an. Nachdem die Nenndrehzahl erreicht ist, wird über die sog. Schleifringkurzschließvorrichtung die Rotorwicklungen kurzgeschlossen, dann können die Kohlebürsten mit der Bürstenabhebevorrichtung von den Schleifringen abgehoben werden. Das Abheben der Kohlebürsten von den Schleifringen hat verschiedene Vorteile: der Wirkungsgrad des Motors steigt, weil die elektrischen Wiederstandsverluste vermieden, und die mechanische Reibung reduziert werden; außerdem sinkt der Verschleiß an Bürsten und Schleifringen. Der Elektromotor war zu Präsentationszwecken auf der Erkundungsbohrmaschine montiert. Allerdings ist es sehr unwahrscheinlich, dass diese Position unter dem nicht immer dichten, von Spüllauge durchströmten Bohrgestänge realistisch ist. Zu vermuten ist vielmehr, dass der Antrieb mit den zugehörigen elektrischen Aggregaten in sicherer Entfernung auf einem separaten Hunt montiert und durch einen längeren Transmissionsriemen mit der Bohrmaschine verbunden war.

Die Tiefbohrmaschine gehört zum Ensemble einer Erkundungsbohranlage, bestehend aus Tiefbohrmaschine, Pumpenteckel, Laugenhunt und diverser Zubehörteile (Inv.-Nr. 00646 bis 00660) 'Vor der Hacke ist es duster', dieser alte Bergmannsspruch bedeutet, dass man erst dann wissen kann, welchen Wertstoffgehalt das anstehende Gestein hat, wenn man es mit Mühe abgeschlagen ('hereingewonnen') hat. Seit dem späten 19. Jahrhunderts konnte man allerdings für die weitere Planung der Abbaufront auf Kernbohrungen setzen. Die gewonnenen Bohrkerne sorgten für die gesicherte Erkenntnis, was hinter der Abbaufront zu erwarten war. Diese Tiefbohrmaschine der Maschinen- und Bohrgerätefabrik Alfred Wirth & Co. aus Erkelenz bot für den Kalibergbau alles, was für die Erkundung der Lagerstätte bis in die 1950er Jahre nötig war: Eine schienengebundene Lafette für den bequemen Transport der Maschine zum Einsatzort, eine schwenkbare Bohrvorrichtung mit der jeder Winkel - von der Senkrechten über die Waagerechte, bis zu leicht ansteigend - eingestellt werden konnte. Außerdem ist auf der Lafette mittig eine Haspel montiert, mit deren Hilfe das Bohrgestänge über ein umgelenktes Drahtseil, rasch aus dem Bohrloch zurückgezogen werden konnte. Diese Haspel konnte über eine Reibradkupplung mit der Antriebswelle des Bohrers verbunden werden. Ein separater Antrieb war nicht notwendig, die Steuerung erfolgte über das Fußpedal. Am vorderen Ende des Bohrgestänges wurde mit Hilfe eines Gestängeschlüssels die passende Bohrkrone montiert und eine Bohrmuffe für den Abzug der Spüllauge aufgesetzt. Der Vortrieb des Bohrgestänges und der Druck auf die Bohrkrone wurde über einen langen Handhebel erzeugt, dessen Hebelweg immer wieder mit einem Vierkantschlüssel nachjustiert werden musste. Je nach dem Winkel der Bohrung wurden unterschiedliche Bohrwirbel am hinteren Ende des Bohrgestänges montiert - ein nach unten gebogener für den Anschluss der Druckleitung bei nach unten führenden Bohrungen, ein schienengeführter Bohrwirbel für Horizontalbohrungen. Für die Versorgung mit Spüllaugen waren außerdem ein Pumpenteckel und ein Laugenhunt notwendig.

Damit bei Tiefbohrungen die Spüllauge das Bohrklein wirkungsvoll ausschwämmen kann, muss die Spüllauge mit hohem Druck in das Hohlgestänge der Tiefbohranlage eingebracht werden. Weil sich das Gestänge aber ständig drehte, erfolgte der Anschluss über einen sog. Bohrwirbel. Eine Stopfbuchse sorgte durch eine in ihrem Gehäuse zusammengepressten, fettgetränkten Textilfüllung für die Abdichtung an einer Welle. Dieser gekröpfte Bohrwirbel wurde bei senkrechten oder schräg nach unten führenden Bohrungen verwendet. Am längeren Ende wurde das Bohrgestänge angeschraubt, über den Flansch am kürzeren Schenkel wurde der Druckschlauch befestigt. Die Flanschplatte mit der GEKA-Schlauchkupplung ist eine Ergänzung, die erst zu Präsentationszwecken erfolgte. Ob eine solche Schnellkupplung (patentiert 1932) hier tatsächlich verwendet wurde, ist nicht gesichert. In der Öse am oberen Ende des Wirbels war ein Drahtseil befestigt, mit dem das Gestänge über eine Umlenkrolle und der Haspel der Tiefbohrmaschine aus dem Bohrloch gezogen wurde. Zur weiteren Erläuterung der Tiefbohrtechnik vergl. die Inv.-Nummern 00646 bis 00660.

Beim Werra-Fulda-Salinar liegen die Salze in einer weitgehend flachen Lagerung vor. Deshalb sind zur Erkundung der Lagerstätte vor allem Horizontalbohrungen von Interesse. Das Bohrgestänge der Tiefbohrmaschine wird dabei mehr oder weniger waagerecht ausgerichtet und auch der Bohrwirbel muss im Gegensatz zum Wirbel für die Vertiklabohrung (siehe Inv.Nr. 00650) anders konstruiert sein: Der Druckschlauch ist gerade am Wirbel angeschlossen und die Stopfbuchse besitzt beidseitig je ein Metallrad. Wirbel und Bohrgestänge wurden so in einer waagerecht an der Firste aufgehängten Schiene aus zwei U-Eisen geführt und konnten dem Bohrfortschritt folgen. Bei dem textilen Schlauch mit Metallspirale könnte es sich um ein Original aus der Nutzungszeit handeln. Das am anderen Ende angeschlossene Rohr mit seiner Steckhalterung stellt allerdings eher einen Abfluss dar, was ein Hinweis wäre, dass die Druckseite des Laugenkreislaufs am Bohrlochmund lag und das Bohrklein durch das Gestänge ausgeschwämmt wurde. Zur weiteren Erläuterung der Tiefbohrtechnik vergl. die Inv.-Nummern 00646 bis 00660.

Das Bohrgestänge bei Tiefbohrungen muss mit wachsendem Bohrfortschritt immer wieder verlängert werden. Dazu wird die Schraubverbindung am Bohrwirbel gelöst und ein neues Segment des Bohrgestänges eingesetzt. Auch beim Wechsel der Bohrkrone kommen solche Schlüssel zum Einsatz. Der geschmiedete Zangenschlüssel dient zum Drehen bzw. Halten des Gestänges: Da das Bohrgestänge keine Kanten oder Querbohrungen besitzen darf, schmiegt sich der klappbar gelagerte, hakenförmige Oberteil an die Rundung des Gestänges und die gezahnte Zangenbacke des Hebelarmes presst sich bei einer Drehbewegung in die gegenüberliegende Seite. Zur weiteren Erläuterung der Tiefbohrtechnik vergl. die Inv.-Nummern 00646 bis 00660.

Der Vierkantschlüssel mit seinem T-förmig aufgeschweißten Knebel wird zum Nachstellen des Vortriebes bei der Erkundungsbohrmaschine (Inv.-Nr. 00646) benötigt. Der notwendige Druck für den Vortrieb des Bohrers wurde über einen Hebelarm an der Bohrmechanik erzeugt - entweder manuell oder durch Aufsetzen eines Gewichtes (nicht mehr erhalten). Mit wachsendem Bohrfortschritt drehte sich die Achse dieses Mechanismus jedoch immer weiter. Die Bedienung des Hebels bzw. die Wirkung der Gewichtskraft war aber nur bei dessen mehr oder weniger waagerechten Position gegeben. Deshalb musste der Winkel des Hebels beim Bohren immer wieder über ein Schneckengetriebe mit Hilfe dieses Schlüssels nachgeführt werden. Zur weiteren Erläuterung der Tiefbohrtechnik vergl. die Inv.-Nummern 00646 bis 00660.

Die Muffe für die Bohrlochspülung bei Tiefbohrungen mit der Erkundungsbohrmaschine wurde zu Präsentationszwecken aus handelsüblichen Normteilen nachgebaut. Das Prinzip wird deutlich, einige Details des historischen Vorbildes sind allerdings nicht rekonstruiert: Das Bohrgestänge dringt durch den schwarzen Gusskörper mit den beiden runden Flanschen in das Gestein ein. Gegen das Gestein musste dieses Bauteil sorgfältig abgedichtet werden, ebenso gegen das sich drehende Bohrgestänge, was vermutlich mit Hilfe einer Stopfbuchse geschah. Nur so konnte der Druck der aufsteigende Spüllauge aus dem Ringspalt der Bohrung erhalten werden und diese über die seitlich austretende Abzweigung in die Absetzwanne des Laugenwagens geleitet werden (siehe Inv.-Nr. 00654, hier auch weitere Infos zum Kreislauf der Spüllauge).

Der Pumpenteckel gehört zum Ensemble einer Erkundungsbohranlage, bestehend aus Tiefbohrmaschine, Pumpenteckel, Laugenhunt und diverser Zubehörteile (Inv.-Nr. 00646 bis 00660) Bei Tiefbohrungen ist der Abtransport des Bohrkleins aus dem Bohrloch ein entscheidendes Problem. Das Ausspülen war dafür stets ein gängiges Verfahren: Flüssigkeit - meist Wasser - wird mit Druck in das röhrenförmige Bohrgestänge gepresst und tritt durch Öffnungen an der Bohrkrone aus. Von hier strömt es in den Spalt zwischen Bohrgestänge und Bohrlochwand und fließt wieder zurück zur Bohrlochansatz. Dabei nimmt es das entstandene Bohrklein mit und kühlt außerdem die Bohrkrone. Damit bei Kernbohrungen im Salzgestein der Bohrkern nicht aufgelöst wird, muss hier mit gesättigter Salzlösung gearbeitet werden. Den notwendigen hohen Druck der Spüllauge erzeugte eine Kolbenpumpe aus Bronzeguss. An ihrem oberen Ende ist ein kugelförmiger 'Pulsationsdämpfer' angeflanscht, um die Druckschwankungen dieses Pumpentyps auszugleichen. Der liegende Kolben der Pumpe wird über ein Pleuelgestänge angetrieben, das beidseitig der Pumpe verläuft. Der Antriebsstrang besteht aus einem Schleifring-Elektromotor, der über einen Netzschalter und einen Anlasswiederstand mit Drehstrom versorgt wurde. Eine Transmission überträgt die Motordrehung zunächst auf ein Doppelrad, dessen äußere Hälfte sich frei dreht, während die innere Hälfte die Kraft an ein Zahnradgetriebe weitergibt. Durch verschieben des Riemens konnte so die Pumpe vom Elektroantrieb abgekoppelt werden ohne diesen zu stoppen. Das Getriebe ist schließlich über eine Kurbelscheibe mit dem Pleuelgestänge der Pumpe verbunden.

Der Laugenhunt gehört zum Ensemble einer Erkundungsbohranlage, bestehend aus Tiefbohrmaschine, Pumpenteckel, Laugenhunt und diverser Zubehörteile (Inv.-Nr. 00646 bis 00660). Dieser umgebaute Förderwagen diente bei Tiefbohrungen mit der Erkundungsbohrmaschine dazu, die Spüllauge bereitzustellen sowie das Gemisch aus Spüllauge und Bohrklein aufzufangen, zu klären und dann wiederzuverwenden. Dieser Kreislauf ist wichtig, weil im Salzbergbau Wasser das Salzgestein auflöst und deshalb möglichst wenig davon ins Bergwerk gelangen soll. In den Förderwagen mit seinem zweiachsigen Fahrgestell (Spurweite 600 mm) und seinem genieteten, wannenförmigen Aufbau wurde ein Zulauf am oberen Ende der einen Stirnwand und ein Ablaufstutzen im unteren Bereich der gegenüberliegenden Seite angebracht. Außerdem wurde in der Mitte eine Zwischenwand eingeschweißt, die knapp unter der Oberkante ein Loch als Überlauf besitzt. Durch dieses Zwei-Kammer-System wurde die Spüllauge geklärt: Die am Bohrloch austretende Spülflüssigkeit wurde durch eine abgedichtete Muffe in einen Schlauch geleitet, der mit dem Zulauf verbunden war. So gelangte das Gemisch aus Bohrklein und Spüllauge in die erste Kammer des Laugenhunts. Hier setzten sich die Fest- und Schwebstoffe ab und die geklärte Lauge konnte an der Oberfläche durch den Überlauf in die zweite Kammer abfließen. Deren Abfluss war über eine Schlauchverbindung mit der Saugseite der Pumpe verbunden, wodurch der Laugenkreislauf geschlossen war.

Der Transmissionsriemen ist ein textiler Gurt, der mit einer roten Gummierung beschichtet ist, um die Reibung auf den Riemenscheiben zu erhöhen. Die Gurtenden sind mit Hilfe eines eisernen Riemenschlosses verbunden. Die Länge des Gurtes wurde zu Präsentationszwecken für den Antrieb der Erkundungsbohrmaschine angepasst.

Bei dem Schlauch handelt es sich um ein zehn Meter langem, textilarmierten Gummischlauch mit 13 Millimetern Innendurchmesser. Der Schlauch des Herstellers WABCO (Teilenummer 8288764136) ist gemäß DIN 74310 für Druckluftbremsanlagen zugelassen. Zu Präsentationszwecken wurde der Schlauch als Druckschlauch für die Spüllauge der Erkundungsbohranlage mit zwei GEKA-Kupplungen ausgestattet. Diese sind jedoch lediglich mit einem durch das Schlauchende gestoßenen Splint fixiert. Eine Druckschlauch bildet bei Tiefbohrungen die Verbindung zwischen der Pumpe (Inv.-Nr. 00653) und Bohrwirbel (Inv.-Nr. 00649 bzw. 00650). Dass jedoch ein Schlauch dieser Bauart beim hier gezeigten Tiefbohrensemble zum Einsatz kam, ist ausgeschlossen. Zur weiteren Erläuterung der Tiefbohrtechnik vergl. die Inv.-Nummern 00646 bis 00660.

Die Spiralschlauchstücke aus einem stabilen textilarmierten Gummimaterial wurden zu Präsentationszwecken als Abflussschlauch für die Tiefbohranlage genutzt, die von der Bohrmuffe zum Laugenhunt führte. Je zwei der Stücke haben außen eine schwarze, gummierte Schicht, die anderen beiden eine helle Textiloberfläche. Ein Schlauchende ist jeweils mit einem Stahlrohr als Verbinder bestückt, auf einem Schlauchstück ist eine einfache Rohrschelle aufgesetzt. Ob ein Schlauch dieser Bauart bei dem Tiefbohrensemble zum Einsatz kam, ist nicht geklärt. Zur weiteren Erläuterung der Tiefbohrtechnik vergl. die Inv.-Nummern 00646 bis 00660.

Dieser Bohrkronenhalter bildet den Übergang zwischen dem Bohrgestänge und dem Hohlbohrer, mit dem der Bohrkern gewonnen wird. Während das Bohrgestänge lediglich 40 Millimeter Durchmesser besitzt, hat das Bohrloch einen doppelt so großen Durchmesser. Diese Technik verringert die Reibung im Bohrloch und erleichtert das Aufsteigen der Spüllauge. Um die Länge des gewonnenen Bohrkerns zu erhöhen, kann zwischen Halter und Bohrkrone noch ein Rohr mit den entsprechenden Anschlussgewinden eingesetzt werden.

Die Bohrkronen für Kernbohrungen sind aus hochfestem Stahl gefertigt und mit Hartmetallspitzen besetzt. Der Anschluss an den Kronenhalter bzw. die Rohrverlängerung erfolgt über ein Trapezgewinde. Die beiden Bohrkronen haben einen Außendurchmesser von 79 bzw. 51 Millimetern - die Durchmesser der gewonnenen Bohrkerne liegen bei ca. 57 bzw. 32 Millimetern.

Die Bohrkerne in den beiden Holzkisten stammen aus einer vertikalen Tiefbohrung im Werra-Fulda-Salinar. Sehr gut sind die waagerechten Schichtungen der Lagerstätte erkennbar, die durch Verunreinigungen wie Asche, Staub oder Lehmeinschwemmungen in die urzeitliche Salzlagune entstanden. Die Kisten aus gesägtem Weichholz sind grob vernagelt. Um die bis zu 25 Kilo schweren Kisten sicher greifen zu können besitzen diese an den Längsseiten jeweils zwei hölzerne Griffleisten. Die Kisten haben jeweils vier Zwischenstege im Abstand der Bohrkerndurchmesser. Sie dienen dem Transport der Kerne ins werkseigene Labor, wo sie genauerer analysiert werden können. Teilweise werden die Bohrkerne darin auch längerfristig archiviert. Um die exakte Tiefe bzw. die Entfernung vom Bohrlochmund) der jeweiligen Schichtung bestimmen zu können, ist es wichtig, dass die Bohrkerne genau in der Reihenfolge in die Kiste eingelegt werden, in der sie dem Hohlbohrer entnommen werden.