Stromverbrauch der Portalkrane. Von H. Koll, Karlsruhe. Stromverbrauch der Portalkrane. Zwecks Feststellung des garantierten Stromverbrauchs, eines Portalkranes untersuchte ich in Gemeinschaft mit Herrn Reg.-Baumeister Nuß in Mannheim einen solchen von nachfolgenden Abmessungen. Tragkraft 4000 kg. Ausladung 8,4 m. Hubhöhe 21 „ Rollenhöhe über S/O 13 „ Spannweite des Portals 9,850 „ Lichte Höhe des Portals etwa 4,5 „ Betriebsstrom: Gleichstrom 220 Volt. Laut dem über die Lieferung abgeschlossenen Vertrag wurden von der Erbauerin, Gesellschaft für elektrische Industrie, Karlsruhe, nachstehende Bedingungen übernommen: 1. Die Hubgeschwindigkeit der Höchstlast von 4000 kg beträgt 30 m/Min. 2. Die Hubgeschwindigkeit der halben Höchstlast von 2000 kg beträgt 60 m/Min. 3. Die Schwenkgeschwindigkeit beträgt, am Auslegerkopf gemessen, 1,8 m/Sek. 4. Verfahren des Kranes: 12 m/Min. 5. Der Kran wird mit einer Last von 6000 kg (das 1 ½ fache der Höchstarbeitslast) geprüft. 6. Der Kran ist für Last- und Greiferbetrieb (Zweikettensystem) einzurichten. 7. Es sind mindestens 25 Spiele, wie unter 8. beschrieben, i. d. Stunde auszuführen. 8. Ein Spiel besteht aus:a) Heben der Höchstlast um 14 m.b) Drehen des belasteten Kranes um 180°.c) Ablassen der Last um 2 m.d) Aufziehen des leeren Hakens um 2 m.e) Zurückdrehen des leeren Kranes um 180°.f) Ablassen des leeren Hakens um 14 m. Gemessen wurde für ein Kranspiel, wie unter 8. beschrieben, ein Stromverbrauch von 300 Wattstunden. Die Messungen wurden derart vorgenommen, daß man in die Stromzuführungsleitung (vor dem Kontroller) einen Wattzähler, ein Amperemeter und ein Voltmeter einschaltete und 25 Spiele hintereinander ausführte und aus diesem Ergebnis das Mittel nahm. Die Geschwindigkeitsmessung ergab: Für das Heben von 4000 kg 32 m i. d. Min. „ „ „ „ 2000 „ 64 „ „ „ „ Für das Schwenken des belasteten Kranes 2 m i. d. Sek.   am Auslegerkopf gemessen. „ „ Verfahren des Kranes 12 m i. d. Min. An Motoren wurden verwandt: Zum Heben ein 38 PS-Motor mit \frac{600}{1200} minutl. Umdreh. Zum Schwenken ein 6 PS-Motor mit 1100 minutl. Umdreh. Zum Verfahren ein 5 PS-Motor mit 1100 minutl. Umdreh. Sämtliche Motoren sind mit Serienwicklung versehen. Der Hubmotor hatte außerdem, wegen der Bedingung, daß die halbe Last mit doppelter Geschwindigkeit von der Vollast gehoben werden muß, zwei Kollektoren sowie zwei Feldwicklungen erhalten, damit das Arbeitsmoment in beiden Fällen das gleiche ist. Beide Kollektoren wurden durch einen besonderen Umschalter, je nach Bedarf, parallel oder hintereinander geschaltet. Die angestellten Versuche ergaben die oben angeführten Geschwindigkeiten und die Strommessungen: a) Mit dem Wattzähler, wie oben angeführt, 300 Wattstunden für ein wie unter 8. beschriebenes Kranspiel. b) Mit dem Ampere- und Voltmeter die Werte (Tab. 1). Tabelle 1. Amp. Volt Für das Heben von 4 t Anlauf 160–240 bei 216–208   „    „        „      „   4 t Betrieb 127   „  218   „    „        „    des leeren Hakens um                       2 m Anlauf 60–80   „  216 „     „        „    des leeren Hakens um                       2 m Betrieb 45–35   „  220 „     „   Senken des leeren Hakens                       um 14 m Anlauf 60–85   „  214–212 „     „        „     des leeren Hakens um                       14 m Betrieb 40–30   „  220 „     „   Drehen mit 4 t Last 180°                       Anlauf 50   „  232 „     „        „     mit 4 t Last 180°                       Betrieb 13   „  236 „     „  Schwenken ohne Last 180°                       Anlauf 25–30   „  222 „     „        „ ohne Last 180° Betrieb 11   „  224 Vergleicht man die Ergebnisse der Tabelle mit dem Ergebnis des Wattstundenzählers, so erhält man unter Berücksichtigung nachstehender Zeitmessungen: a) Anlaufperiode für Heben: 5 Sek. b) Hubdauer für das Heben: 24 Sek. c) Anlaufperiode für Schwenken des belasteten Kranes: 4 Sekunden. d) Stromzuführungsdauer für Schwenken des belasteten Kranes: 13 Sek. e) Anlaufperiode für Heben des leeren Hakens um 2 m: 4 Sekunden. f) Hubdauer für Heben des leeren Hakens um 2 m: 2 Sekunden. g) Anlaufperiode für Schwenken des leeren Kranes: 4 Sekunden. h) Stromzuführungsdauer für das Schwenken des leeren Kranes: 7 Sek. i) Anlaufperiode für Senken des leeren Hakens um 14 m: 4 Sekunden. k) Stromzuführungsdauer für Senken des leeren Hakens: 4 Sekunden. Nachstehende Ergebnisse (das Senken der Last um 2 m erfolgte stromlos): a) \frac{\frac{240+160}{2}\cdot \frac{216+208}{2}+218}{3600}\cdot 5 =   48,82 Wattstd. b)\frac{127\cdot 218\cdot 24}{3600} = 184,58 „ c) \frac{\frac{50+13}{2}\cdot \frac{232+236}{2}}{3600}\cdot 4 =     8,19 „ d) \frac{13\cdot 236}{3600}\cdot 9 =     7,67 „ e) \frac{\frac{\frac{60+80}{2}+\frac{45+35}{2}}{2}\cdot \frac{216+220}{2}}{3600}\cdot 4 =   13,32 „ f) \frac{\frac{45+35}{2}\cdot 220}{3600}\cdot 2 =     4,89 „ g) \frac{\frac{\frac{25 30}{2}+11}{2}\cdot \frac{222+224}{2}}{3600}\cdot 4 =     4,77 „ h) \frac{11\cdot 224}{3600}\cdot 7 =     4,79 „ i) \frac{\frac{\frac{60+85}{2}+\frac{40+30}{2}}{2}\cdot \frac{220+222}{2}}{3600}\cdot 4 =   13,19 „ k) \frac{\frac{30+40}{2}\cdot 220}{3600}\cdot 4 =    8,56 „ ––––––––––––––––– insgesamt = 298,78 Wattstd. also nahezu übereinstimmend miteinander. Hierzu ist erläuternd zu bemerken, daß beim Schwenken des Kranes nicht während des ganzen Schwenkweges von 180° dem Schwenkmotor Strom zugeführt wurde, sondern nur etwa ⅔ dieses Weges und der Rest wurde durch die den bewegten Massen innewohnende Energie zurückgelegt Das Gleiche war der Fall beim Senken des leeren Hakens. Der Hubmotor erhielt einen kräftigen Stromstoß und leitete dadurch die Senkbewegung ein, so daß der Haken, dessen Gewicht einschl. Kugelgewicht 300 kg betrug, selbsttätig abwärts ging. Was die Anzahl der Hübe i. d. Minute anbetraf, so wurde festgestellt, daß die vertraglichen gut erreicht wurden; es konnten derer über 30 i. d. Stunde ausgeführt werden. I. Das Habwindwerk. Aus vorstehenden Messungen läßt sich nun weiter der Nutzeffekt des Hubwindwerkes berechnen und zwar auf folgende Weise: Der normale Stromverbrauch beim Heben der Höchstlast betrug nach Tab. 1 127 Amp. bei 218 Volt Spannung. Dies ergibt eine Motorleistung von \frac{127\cdot 218}{736}=37,4\mbox{ PS} theoretisch. Nach den Fabrikationsversuchen hatte der Motor einen Wirkungsgrad von 92 v. H., somit ist die an dem Windwerk abgegebene Arbeitsleistung 37,4 ∙ 0,92 = 34,46 PS. Erforderlich zum Heben der Last von 4000 kg sind theoretisch \frac{4300\cdot 32}{4500}=30,50\mbox{ PS,} folglich der Wirkungsgrad des Windwerkes =\frac{30,50}{34,46}=0,88 oder 88 v.H. Dies günstige Ergebnis ist darauf zurückzuführen, daß die Lager des Windwerkes als Kugellager ausgebildet sind. (Ausführungsform siehe weiter unten.) Es ist sehr wichtig zu wissen, welchen Zuschlag auf den theoretisch berechneten Betrag zu machen ist, der durch den Anlaufstromstoß bedingt ist. Der Wirkungsgrad von Windwerk und Motor beträgt im vorliegenden Falle 0,92 ∙ 0,88 = 0,8096. Dies zugrunde gelegt ergibt für den Kalkulations-Ingenieur einen Hubmotor von \frac{4300\cdot 32}{4500\cdot 0,8096}=37,6\mbox{ PS.} (Verwandt wurde, wie oben bereits angegeben, ein 38 PS-Motor.) Wird nun angenommen, daß dem Motor während der ganzen Hubdauer gleichmäßig Strom zugeführt wird, so würde der Stromverbrauch betragen: für eine Hubdauer von \frac{60\cdot 14}{32}=26,25 Sekunden, \frac{37,6\cdot 736\cdot 26,25}{3600}=201,80 Wattstunden. Verbraucht wurden für einen Hub von 14 m nach a und b der vorstehenden Berechnung: 48,82 + 184,58 = 233,4 Wattstunden, also mehr 233,4 – 201,8 = 31,6 Wattstunden oder \frac{31,6}{201,8}=15,6 v. H. II. Das Schwenkwerk. Das Gesamtgewicht der drehenden Kranteile beträgt nach Tab. 2 (s. später) 24 425 kg; hierzu die Last von 4000 kg gibt ein Gesamtgewicht von 28425 kg. Der Rollenkranzdurchm. beträgt 3 m, der Drehrollendurchm. 500 mm, der Drehrollenzapfendurchm. 80 mm. Die Schwenkgeschwindigkeit am Auslegerkopf wurde zu 2 m i. d. Sekunde gemessen, somit beträgt die Geschwindigkeit auf dem Drehrollenkranz \frac{3\cdot 2}{16,8}=0,357 m i. d. Sekunde. Nimmt man den Koeffizienten der rollenden Reibung f = 0,8 und den Zapfenreibungs-Koeffizienten μ = 0,1 f. d. mm an, so ist die erforderliche Verschiebungskraft P=\frac{28425}{250}\cdot (40\cdot 0,1+0,8)=546\mbox{ kg} und hiernach die Stärke des Schwenkmotors unter Zugrundelegung eines Wirkungsgrades vom Wind werk = 0,5 (Schneckenantrieb) \frac{546\cdot 0,357}{75\cdot 0,5}=5,2\mbox{ PS.} Nimmt man auch hier an, dem Schwenkmotor würde während der ganzen Schwenkdauer Strom gleichmäßig zugeführt, so würde dieser Stromverbrauch bei einer Schwenkdauer von \frac{3^k\,\pi}{2\cdot 0,357}=13,2 Sekunden \frac{5,2\cdot 736\cdot 13,2}{3600}=14,03 Wattstunden betragen. Gemessen wurden nach c und d der vorstehenden Berechnung: 8,19 + 7,67 = 15,86 Wattstunden, somit mehr 15,86-14,03=1,83\mbox{ Wattstunden }=\frac{1,83}{14,03}=13 v.H. Betonen möchte ich nochmals, daß diese Zuschläge nur maßgebend sind für die Annahme, daß die betreffenden Motoren während der ganzen Zeitdauer ihrer Arbeit gleichmäßig Strom zugeführt erhalten und daß ferner die Zeitdauer so berechnet ist, als ob die Geschwindigkeit vom Anbeginn an bis zum Schluß die normale sei. Bei dem unbelasteten Kran verhält es sich in ähnlicher Weise. Der Verschiebungswiderstand ist hier P=\frac{24425}{250}\,(40\cdot 0,1+0,8)=469\mbox{ kg,} somit ergibt sich eine Motorbeanspruchung von \frac{469\cdot 0,357}{75\cdot 0,5}=4,46\mbox{ PS}. Der Stromverbrauch bei einer Schwenkdauer wie oben, von 13,2 Sekunden beträgt: \frac{4,46\cdot 736\cdot 13,2}{3600}=12,03 Wattstunden. Gemessen wurden nach g und h 4,77 + 4,79 = 9,56 Wattstunden; weniger 12,03-9,56=2,47\mbox{ Wattst. }=\frac{2,47}{12,03}=20 v. H. Man ersieht hieraus, welchen Einfluß die am Seil hängende Last auf die Schwenkbewegung hat. III. Heben des leeren Hakens um 2 m. Hierfür ist erforderlich eine Motorleistung von: \frac{300\cdot 32}{4500\cdot 0,8096}=2,635\mbox{ PS.} Bei einer Zeitdauer von \frac{60\cdot 2}{32}=3,75 Sekunden würde dies ergeben \frac{2,635\cdot 736\cdot 3,75}{3600}=2,02 Wattstunden Erforderlich waren nach e und f 13,32 + 4,89 = 18,21 Wattstunden, folglich mehr 18,21-2,02=16,19\mbox{ Wattstunden }=\frac{16,19}{2,02}= dem 8,01 fachen, oder 801 v. H. Dies ist wohl erklärlich, da der Motor viel zu groß ist für die zu leistende Arbeit, somit ein starker Stromstoß erforderlich ist, um den Motor auf seine Tourenzahl zu bringen. Man könnte nun hier einwenden, daß der Motor mit mehr als 2,635 PS beansprucht werde, dies ist jedoch nicht wohl möglich, da die Hubhöhe zu gering und deshalb die Betriebsdauer zu kurz ist, als daß der Motor über seine normale Tourenzahl hinauskäme; außerdem sollte als Grundlage die normale Geschwindigkeit dienen. IV. Senken des leeren Hakens am 14 m. An Strom wurde hierfür verbraucht nach i und k: 13,19 + 8,56 = 21,75 Wattstunden. Der Verbrauch an Strom für den belasteten Motor beträgt 201,8 Wattstunden für die ganze Hubhöhe von 14 m (den gleichen Weg muß auch der leere Haken zurücklegen). Es ist das Verhältnis zwischen dem Stromverbrauch für das Senken des leeren Hakens und dem des ganzen Hubweges für Heben der vollen Last \frac{21,75}{201,8}=0,107=10,7 v. H. Dieser Prozentsatz stellt sich bei mehreren ausgeführten Versuchen auf die gleiche Höhe (habe ähnliche Versuche mit Motoren anderer Größe angestellt), bei proportionaler Belastung für: einen 7,5 PS-Motor zu 19 v. H. „ 10 „ „ 17 „ „ 15 „ „ 16 „ „ 20 „ „ 14,8 „ „ 25 „ „ 14 „ „ 30 „ „ 12,7 „ Man würde für die Vorberechnung bei Festsetzung des Stromverbrauchs hier rechnen müssen: a) Für Heben der Last: Normaler Stromverbrauch des Motoren während der ganzen Hubdauer vermehrt um 15,6 v. H., b) Beim Schwenken des belasteten Kranes: Normaler Stromverbrauch des Motors während des ganzen Schwenkweges vermehrt um etwa 13 v. H., c) Beim Schwenken des leeren Kranes: Normaler Stromverbrauch des Motors während des ganzen Schwenkweges vermindert um 20 v. H., d) Beim Heben des leeren Hakens: Normaler Stromverbrauch entsprechend der Motorleistung des zu hebenden Hakengewichts während der ganzen Hubdauer vermehrt um das 8,01 fache. e) Beim Senken des leeren Hakens: Derselbe ist gleich dem Stromverbrauch für das Heben der Höchstlast von gleicher Höhe dividiert durch 10,7. Maßgebend für die vorstehend angegebenen Verhältnisse ist, daß der Nutzeffekt für Motor und Windwerk gleich dem angegebenen und daß das Verhältnis zwischen Höchstlast und Hakengeschirr das gleiche ist. V. Kranverfahren. Der Strom wurde hierfür nicht gemessen. Das Gesamtgewicht des Kranes betrug 39312 kg, somit das gesamte zu verfahrende Gewicht des belasteten Kranes 39312 + 4000 = 43312 kg. Die Laufräder haben einen Durchm. von 1000 mm, die Laufrollenachsen haben einen Durchm. von 110 mm. Hiernach ist der Verschiebungswiderstand P bei einem Koeffizienten der rollenden Reibung f = 0,8 und einem Koeffizienten der Zapfenreibung μ = 0,1 und bei einem Zuschlag für die Spurkranzreibung von 100 v. H (siehe Hebezeuge von Adolf Ernst Seite 304) nach der Formel P=\frac{Q}{R}\,(\mu\,\rho+f)\cdot 2. P=\frac{43312}{500}\,(0,1\cdot 55+0,8)=21092\mbox{ kg}. Die Motorstärke ist somit bei 12 m minutlicher Verschiebungsgeschwindigkeit und bei einem Nutzeffekt der Fahr-werkswinde von 60 v. H. =\frac{1092\cdot 12}{4500\cdot 0,6}=4,85\mbox{ PS}. Es ist ein Motor von 5 PS zur Verwendung gekommen. (Schluß folgt.)