Neuerungen auf dem Gebiete der elektrischen Maschinen. Von Dipl.-Ing. Bujes, Charlottenburg. (Fortsetzung von S. 380 d. Bd.) Neuerungen auf dem Gebiete der elektrischen Maschinen. 2. Elektromotoren. A. Allgemeines. Bevor wir die Elektromotoren in Bezug „auf ihre Stromart, Gleichstrom oder Wechselstrom, jede für sich, der Betrachtung“ unterziehen werden, wollen wir zunächst die den beiden Motorarten gemeinsamen konstruktiven Neuerungen behandeln. Als Verbindungsarten zwischen Elektromotor und anzutreibender Maschine kamen bisher folgende vier Antriebsweisen in Betracht: direkte Kupplung, Zahnrad- oder Schneckenrad-Uebersetzung, Riemen, endlich Friktionsräder. Während einerseits der Anwendung der letzten drei Betriebsarten durch ein bestimmtes, nicht zu überschreitendes Uebersetzungsverhältnis, Rücksichten auf den Wirkungsgrad, die Platzfrage usw. von vorherein eine gewisse Grenze gezogen war, konnte anderseits die direkte Kupplung nur dann in Frage kommen, wenn die Umdrehungszahlen der Wellen des Elektromotors und der anzutreibenden Maschine genau übereinstimmten, eine Bedingung, die jedoch bei den bedeutenden Geschwindigkeiten, besonders bei kleineren Motoren, nur für wenige Maschinengruppen zutrifft. Durch die sogenannte Zentratorkupplung, Fig. 16, von Hilger & Co., ein patentiertes Reduktionsgetriebe, dessen Wirkungsweise im folgenden beschrieben werden soll, ist nun ein Bindeglied zwischen Elektromotor und Arbeitsmaschine geschaffen, welches die volle Ausnutzung der Vorteile des elektrischen Einzelantriebes auch bei solchen Arbeitsmaschinen ermöglicht, bei denen bisher die direkte Kupplung, durch Verschiedenheit der Umdrehungszahlen, von treibender und getriebener Welle, ausgeschlossen war. Die Firma Felten & Guillaume-Lahmeyerwerke benutzt nun diese Kupplung zur Verbindung ihrer Kleinmotoren (bis 7 PS) mit den zugehörigen Arbeitsmaschinen. Zur Erläuterung der Wirkungsweise der zur Verminderung der Motorgeschwindigkeit dienenden Zentratorkupplung diene folgende Beschreibung: Die schnellaufende Welle des Elektromotors trägt die Laufrolle a Fig. 16. Um diese Laufrolle gruppieren sich drei, bezw. vier Ringe b (je nach Größe der Uebersetzung). Den zur Uebertragung der Umfangskraft notwendigen Flächendruck zwischen a und b vermitteln der aus Stahlguß gefertigte und schräg aufgeschlitzte Klemmring e und der gußeiserne Druckring d. Die Berührungsfläche dieser Ringe ist konisch. Vermittels der am Umfange verteilten Druckschrauben e kann daher der Klemmring- c mehr oder weniger gegen die Laufringe b gepreßt werden, je nachdem der Druckring d seitlich verschoben wird. Durch das Rotieren der Ringe b nehmen die Leitrollen f unmittelbar an der Bewegung teil; gleichzeitig verhindert das Ineinandergreifen von b und f ein seitliches Verlaufen der Ringe b. Die Uebertragung von Kraft und Bewegung, mit nunmehr verminderter Umlaufgeschwindigkeit durch die Mitnehmerbolzen g und durch die Mitnehmerscheibe h auf die langsamlaufende Achse i, ergibt sich ohne weiteres aus der Zeichnung. Das ganze System wird getragen durch den allseits geschlossenen und somit staub- und wasserdichten Lagerkörper k. Die Zufuhr von Schmiermaterial aus dem Hauptlager erfolgt automatisch durch die Schleuderkraft. Die vorgeschriebene Bahn ist aus der Zeichnung ersichtlich. Textabbildung Bd. 324, S. 385 Fig. 16. Zentrator-Kupplung von Hilger & Co. Da nur rollende Reibung in der Kupplung vorhanden ist, kann der Wirkungsgrad ziemlich hoch sein; auch der geringe Raumbedarf fällt ins Gewicht gegenüber anderen Antriebsweisen unter denselben Verhältnissen. – Eine konstruktive Neuerung stellen auch Motoren der sogenannten „Durchzugstype“ dar, die von verschiedenen Firmen jetzt auf den Markt gebracht werden und auch bei ortsfesten Motoren immer mehr Verwendung finden. Fig. 17 zeigt das äußere Bild dieser Type, wie sie z.B. von den Siemens-Schuckertwerken ausgeführt wird. Motoren dieser Art besitzen ein vollständig gekapseltes Gehäuse, dessen gedrungener und stabiler Bau eine große Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Beanspruchungen gewährt und sowohl die Wicklungen, wie auch die Schleifringe, resp. Kollektor und Bürsten gegen äußere Verletzungen schützt. Beide Lagerschilder sind als kräftige Gußkappen ausgeführt. Durch Oeffnungen in denselben, die mittels in Charnieren drehbaren Klappen geschlossen werden, sind die Schleifringe resp. Bürsten zugänglich. Damit die Leistungsgrenze dieser Motoren infolge ihrer Einkapselung nicht auf ein geringes Maß sinkt, sitzt auf der Rotorwelle ein Ventilator, der durch den entsprechend konstruierten Anker, resp. auch Kommutator, während des Betriebes einen kräftigen Luftstrom treibt und so die gewünschte Abkühlung der im Gehäuse eingeschlossenen Teile erzeugt. In Räumen mit starker Staubentwicklung oder säurehaltigen Dämpfen können diese ventiliert gekuppelten Motoren Verwendung finden, wenn man deren Gehäuse mit Anschlußflanschen versieht und an diese Rohrleitungen anschließt, die reine, für die Wicklung unschädliche Luft zuführen und der erwärmten den Austritt in einen Raum gestatten, aus dem auch bei stillstehendem Motor Staub oder schädliche Dämpfe in ihn nicht eindringen können. Textabbildung Bd. 324, S. 386 Fig. 17. Ventiliert gekapselter Drehstrom-Motor Modell R der Siemens-Schuckertwerke. Motoren dieser Art finden auf Grund der beschriebenen Konstruktion mit Recht immer weitere Verbreitung, und zwar in allen denjenigen Betrieben, bei denen ein sorgfältiger Schutz der Wicklungen, Schleifringe, resp. Bürsten und des Kollektors in Frage kommt. B. Gleichstrom. Die Einführung von Wendepolen im Dynamomaschinenbau hat nicht nur den Vorteil mit sich gebracht, daß die Spannung der mit Wendepolen ausgerüsteten Generatoren ohne Bürstenverschiebung und bei funkenlosem Gang der Maschine beliebig gesteigert werden kann, solange es natürlich ihre magnetische Charakteristik erlaubt, sondern auch daß diese Maschinen unter dem Einfluß der Wendepole sogar bei starken Belastungsstößen ruhig und funkenlos arbeiten. Aber auch die elektrischen Antriebsmotoren verdanken ihre neue weitere Verbreitung den Wendepolen, denn die letzteren erlauben ihnen bei konstanter Netzspannung eine Tourenregulierung in weiteren Grenzen bei praktisch konstanter Leistung und ohne wesentliche Regulierverluste und vor allen Dingen bei funkenlosem Gang. Diese Eigenschaft gibt ihnen das Recht der Verwendbarkeit als Antriebsmotoren von Arbeitsmaschinen, besonders von Werkzeugmaschinen, für die es unerläßliche Bedingung ist, die Umdrehungszahlen entsprechend den verschiedenen zu bearbeitenden Werkstücken in weiten Grenzen verändern zu können. Die bekannten mechanischen Hilfsmittel, wie Stufenscheiben, Differentialgetriebe usw. konnten dieser Bedingung nur mit verhältnismäßig hohen Zeit- und Energieverlusten genügen. Erlaubte auch vor der Einführung der Wendepole der Nebenschlußmotor seine Tourenzahl ohne wesentliche Energieverluste zu regulieren, so war dennoch der Aenderung seiner Umdrehungszahlen in weiteren Grenzen durch die Funkenbildung am Kollektor eine bestimmte Schranke gesetzt; erst das Einbauen von Wendepolen, die ja stets vom Hauptstrom erregt sind und ein entsprechendes Wendefeld erzeugen, ermöglicht dem Motor anstandlos verschiedene, der Arbeitsmaschine entsprechende Tourenzahlen anzunehmen. Auch die Möglichkeit, die Drehrichtung des Motors beliebig zu ändern, ohne auch die Bürsten in demselben Sinne verstellen zu müssen, erzielen die Nebenschlußmotoren vermittelst der Wendepole. Fig. 18 zeigt z.B. ein vertikales Bohr- und Drehwerk, das ursprünglich für Geschwindigkeitsänderungen mittelst Stufenscheiben eingerichtet, später für den elektrischen Antrieb umgebaut wurde. Der Antrieb erfolgt jetzt durch einen Gleichstromnebenschlußmotor der Firma Felten & Guillaume-Lahmeyerwerke, der 7,5 PS leistet und dessen Umdrehungszahlen zwischen 410 und 1650 veränderlich sind. Die Platzersparnis durch den Fortfall der Stufenscheiben, deren Raumbeanspruchung- deutlich ersichtlich ist – ist ohne weiteres anzuerkennen. Der Fortschritt bei Anwendung von Wendepolmotoren zum Antrieb von Werkzeugmaschinen liegt also erstens in der großen Raumersparnis, zweitens im Zeitgewinn, da dabei das lästige Auflegen des Riemens fortfällt, und an dessen Stelle tritt die ebenso einfache wie bequeme Handhabung der Hebel am Anlasser und Regulierwiderstand. Ferner ist auch nicht die Bequemlichkeit außer acht zu lassen, die sich allgemein beim Einzelantrieb der Arbeitsmaschine dadurch ergibt, daß die Maschine ohne große Mühe und Zeitverlust versetzt werden kann. Schließlich wird durch den Fortfall der Transmissionsstränge dem Kran volle Bewegungsfreiheit geschafft und dadurch das Transportieren und Aufspannen der Werkstücke auf die Werkzeugmaschine erleichtert. – Auch bei schwierigeren Arbeitsmaschinen, wie z.B. Walzwerk- und Fördermaschinen tritt immer mehr der elektrische Antrieb in den Vordergrund, da sich ja derselbe schon im Antrieb von Kranen und anderen Hebezeugen längst bewahrt hat. So wird es wohl nicht ohne Interesse sein, auf die elektrischen und mechanischen Betriebseigenschaften der elektrischen Walzen-zugs- und Fördermotoren hier etwas näher einzugehen. Da der Antrieb einer Walzenzugstraße oder eines Förderkorbes im allgemeinen einer großen Leistung bedarf und dadurch die Verluste, die in einem Anlasser bei gewöhnlichen Motoren entstehen, nicht in Kauf genommen werden können, mußte man bei einem derartigen Betrieb zu einer anderen Methode schreiten, die durch die Leonardsche Schaltung gegeben ist. Die Ankerspannung wird dabei dem Motor nicht erst durch Abdrosseln der Netzspannung in den Anlaßwiderständen zugeführt, sondern von einer besonderen, sogenannten Anlaß- oder Steuerdynamo geliefert, die von einem Steuermotor angetrieben wird. Durch Veränderung der Erregung der Steuermaschine kann man bei einer konstanten Drehzahl des Steuermotors jede beliebige Spannung an der Anlaßdynamo herstellen, und so den Arbeitsmotor, dessen Erregung eine konstante Größe stets beibehält, mit jeder Tourenzahl laufen lassen, und durch Umschalten der Erregung in der Dynamo ihm einen Rechts- oder Linkslauf erteilen. Fig. 19 zeigt die Leonardsche Anordnung, bei der aus weiter unten angegebenen Gründen der Arbeitsmotor und die Steuerdynamo mitgeteilten Ankern ausgeführt sind. Wie beim Walzenzugs-, so auch beim Fördermotor, gibt es zu Anfang jeder Stich- resp. Förderperiode einen Belastungstoß, der eine Folge der Beschleunigungsarbeit, nicht nur des Walz- resp. Fördergutes, sondern auch der bewegten Teile der Antriebsmaschine ist. Im die Beschleunigungsarbeit der Maschinenteile klein zu halten, werden die Anker im allgemeinen aus zwei Teilen ausgeführt. Damit sich ferner; die Belastungstöße nicht auf das Netz übertragen, wird mit dem Steuermotor ein entsprechend schweres Schwungrad gekuppelt, welches während der Bremsperioden die vom Arbeitsmotor abgegebene elektrische Energie in mechanische umwandelt und aufspeichert, um sie nachher als elektrische Energie beim Anlassen dem Arbeitsmotor abzugeben. So eine, mit Schwungrad ausgerüstete Steuermaschine, stellt einen Ilgner-Umformer dar (Fig. 19). Durch die ausgleichende Wirkung des Schwungrades entnimmt der Steuermotor dem Netz beinahe eine gleichmäßige Leistung. Textabbildung Bd. 324, S. 387 Fig. 18. Vertikale Bohr- und Drehwerk, gekuppelt mit einem Wendepolmotor der Felten-Guillaume-Lahmeyerwerke. Textabbildung Bd. 324, S. 387 Fig. 19. Die Steuerdynamo und der Arbeitsmotor sind Gleichstrommaschinen und müssen wegen der bis 100% der normalen Last auftretenden Stromstöße besonders stark konstruiert sein; insbesondere muß der Arbeitsmotor den starken mechanischen Stößen genügenden Widerstand leisten können. Fig. 20 und 21 zeigen eine Ausführung der Siemens-Schuckertwerke für ein elektrisch betriebenes Reversierwalzwerk. Textabbildung Bd. 324, S. 388 Fig. 20. Schwungradsteuermaschine, ausgeführt von den Siemens-Schuckertwerken. Textabbildung Bd. 324, S. 388 Fig. 21. Doppelmotor zum Antrieb der Straße. Außer dieser Ausgleichsmethode mittels Schwungrad-Umformer findet man auch, gerade in neueren Zeiten und zwar bei Förderanlagen, die Pufferbatterie in Anwendung. Denn die Schwungradumformer haben immerlin den Nachteil, daß die zugeführte Energie erst durch den Steuermotor zur Anlaßdynamo gelangt, was dem Wirkungsgrad des Steuermotors entsprechend einen Verlust bedeutet. Aus diesem und aus anderen, weiter unten noch angegebenen Gründen, scheint in manchen Fällen eine Pufferungsanlage für elektrisch betriebene Förderanlagen von Vorteil zu sein. Das Schaltungschema der Anlage zeigt Fig. 22, wie es auch von den Siemens-Schuckertwerken zur Ausführung gelangt. Die Steuermaschine wird hier nicht, wie oben, von einem Elektromotor, sondern von einer Dampfmaschine angetrieben, mit der auch unmittelbar die Puffermaschine M3 gekuppelt ist. Die letztere zwingt nun auf Grund der besonderen Schaltung die Pufferbatterie in Augenblicken starker Inanspruchnahme der Dampfmaschine mittelbar durch den Fördermotor, sich zu entladen und die Puffermaschine selbst als Motor zu treiben und so die Dampfmaschine zu unterstützen. Mit dem Fördermotor ist durch eine Zahnradübersetzung die Erregermaschine M4 gekuppelt, so daß deren Spannung einerseits der Geschwindigkeit und damit der Spannung, andererseits, wie aus dem Schaltungsschema ersichtlich, der Stromstärke, also auch dem Produkt dieser beiden Faktoren, der Leistung des Fördermotors, proportional ist. Die Erregung von M4 ist nämlich von einem Shunt W im Hauptkreis beeinflußt. Die Maschine M4 wirkt nun der Batterie-Spannung entgegen, und schwächt gleichzeitig die Erregung der Maschine M3. Sinkt durch diese Schwächung die elektromotorische Kraft von M3 unter den Wert der Batteriespannung, dann läuft die Maschine M3 als Motor und unterstützt die Dampfmaschine; dieser Fall tritt natürlich bei starker Inanspruchnahme des Fördermotors ein. In den Förderpausen dagegen kann die Maschine M3 die Batterie laden, da die Schwächung des Feldes E3 von der Hilfsmaschine M4 nicht erfolgt, hingegen eine Verstärkung von der Batterie aus auftritt. Die Batterie wird im allgemeinen so bemessen, daß sie auch ohne Dampfmaschine die Förderung mit halber Geschwindigkeit vornehmen kann, was nur eine erwünschte Reserve für Betriebe mit stark schwankender Konjunktur bedeutet. Mit der Dampfmaschine, deren Leistung auf die beschriebene Weise nur sehr geringen Belastungsschwankungen unterworfen ist, kann dann ein Drehstromgenerator für alle anderen Zwecke des Betriebes gekuppelt werden. Textabbildung Bd. 324, S. 389 Fig. 22. Schematische Darstellung der Schaltung. (M1 Steuermaschine, M2 Fördermotor, M3 Puffermaschine, M4 Hilfsmaschine, E3 Magnetentwicklung der Puffermaschine, E4 Magnetentwicklung der Hilfsmaschine, w Abzweigwiderstand). Die beiden zuletzt erwähnten Gründe sprechen auch manchmal für die Anwendung dieser Methode. – (Fortsetzung folgt.)