Titel: Ueber Anwendungen elektrischer Kraftübertragung.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1893, Band 287 (S. 181–186)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj287/ar287058

E. Hartmann, über Anwendungen elektrischer Kraftübertragung.

Der Oberingenieur E. Hartmann der Allgemeinen Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin hat in einem im Verein deutscher Ingenieure zu Berlin am 6. April 1892 gehaltenen Vortrage, welcher jetzt gedruckt vorliegt, werthvolle Angaben zum Vergleich der elektrischen Kraftübertragung mit anderen Uebertragungsarten gemacht. Wir entnehmen dem Vortrage auszugsweise Folgendes:

Die Ausbreitung der elektrischen Kraftübertragung erfolgt so rasch, dass sie wohl bald die der elektrischen Beleuchtung übertroffen haben dürfte. Jede elektrische Kraftübertragung bildet eine Verbindung von dreierlei Vorgängen, nämlich: 1) die Umsetzung mechanischer Energie in elektrische, 2) die Fortleitung elektrischer Energie von einem Orte zu einem andern und 3) die Umsetzung dieser elektrischen Energie wieder in mechanische; von diesen haben wir nur den dritten Vorgang als den die elektrische Kraftübertragung eigentlich charakterisirenden zu betrachten.

Eine elektrische Kraftübertragung kann zweckmässig sein, sofern sich deren Anlage oder deren Betrieb billiger oder bequemer |182| als eine andere Uebertragungsweise stellt. Bezüglich der Bequemlichkeit und namentlich der Kosten des elektrischen Betriebes stehen den weiteren Kreisen der Industrie noch verhältnissmässig wenig Zahlenangaben aus der Erfahrung zu Gebote, auf Grund deren es mit genügender Zuverlässigkeit möglich wäre, für Neuanlagen die zweckmässigste Betriebsweise unter den verschiedenen Arten von Uebertragungen auszuwählen. Namentlich sind Anhaltspunkte über die Betriebskosten der elektrischen Uebertragung von räumlich geringer Ausdehnung, d.h. auf Entfernungen, wie sie innerhalb grösserer Fabriken und Fabrikscomplexe vorkommen, bis jetzt noch sehr spärlich veröffentlicht worden. Behufs der Auswahl der zweckmässigsten Uebertragungsweise in jedem Falle müssen wir 1) die Eigenschaften und Eigenthümlichkeiten der elektrischen gleichwie der verschiedenen anderen Uebertragungsweisen und 2) die Wirkungsgrade derselben kennen lernen und gegen einander abwägen.

Die drei Glieder einer elektrischen Kraftübertragung 1) stromerzeugende Dynamo (Primärmaschine), 2) elektrische Leitung, 3) stromempfangende Maschine (Elektromotor oder Secundärmaschine) reichen aber für den Betrieb einer Arbeitsmaschine nur dann aus, wenn diese Maschine die gleiche Geschwindigkeit hat wie der Elektromotor, so dass sie mit diesem unmittelbar gekuppelt werden kann. Sonst muss noch ein mechanisches Uebersetzungsglied eingeschaltet werden, das den Gesammtwirkungsgrad der ganzen Anordnung noch unter Umständen sehr wesentlich beeinflusst. Wir haben also bei der Wahl dieser Uebersetzungsglieder und für die genaue Kenntniss derselben sehr vorsichtig zu Werke zu gehen. Wir haben hierzu um so mehr Anlass, als unsere elektrischen Messinstrumente (das Volt- und Ampèremeter), die gewöhnlich den elektrischen Kraftübertragungen eingefügt sind, uns jeden Augenblick ein Maass für den Kraftverbrauch vor Augen halten und uns ein Urtheil über den Zustand aller mit dem Elektromotor betriebenen Theile oder Glieder gestatten. Der Elektromotor ist also zugleich ein jederzeit bereiter Kraftmesser, da seine jeweilige Arbeitsleistung, wie wir gleich sehen werden, sich jederzeit mit Leichtigkeit und grosser Genauigkeit ermitteln lässt.

Aus der Leerlaufarbeit L in Watt, dem elektrischen Widerstände des Ankers Wa in Ohm, dem elektrischen Widerstände der Magnetwicklung Wm in Ohm, der dem Motor zugeführten Stromstärke J in Ampère und der Spannung des Stromes E in Volt ergibt sich die jeweilige Arbeitsleistung nach der Formel:

A = {JE – [(E : Wm) E + (J – (E : Wm))2 Wa + L]} : Z,

worin JE die zugeführte elektrische Energie, die übrigen Grossen die Verluste in der Maschine bedeuten und zwar (E : Wm) E den Verlust in den Magneten und (JE : Wm)2 Wa den Verlust im Anker; Z aber ist 9,81 bezieh. 736, je nachdem A in Meterkilogrammen oder in ausgedrückt werden soll.

Für mechanische Transmission dagegen besitzen wir wohl Arbeitsmesser, die mit hinreichender Genauigkeit arbeiten, doch werden derartige Apparate kaum je bleibend zwischen Transmissionen eingeschaltet; und daher mag es wohl hauptsächlich kommen, dass wir uns über den Wirkungsgrad von den bisher üblichen Fabriktransmissionen häufig keine der Wirklichkeit entsprechende Vorstellung machen, und dass wir den Wirkungsgrad derselben häufig überschätzen.

Um sich nun über die Wirkungsgrade aller dieser Betriebsmittel ein eigenes Urtheil zu verschaffen, hat die Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin genaue Versuche angestellt, und der Vortragende hat zum Zwecke der Vergleichung mechanischer und elektrischer Transmission eine Reihe von Zahlen mitgetheilt, welche zum Theil Ergebnisse aus Brems- und Indicatorversuchen sind, theils von Versuchen herrühren, die in den eigenen Werkstätten der Maschinenfabrik in der Ackerstrasse in Berlin durchgeführt wurden und die den Anspruch auf Zuverlässigkeit machen können.

Die Maschinenfabrik der Allgemeinen Elektricitäts-Gesellschaft eignete sich ganz besonders zur Anstellung solcher Versuche, weil ihr Betriebssystem bei ihrer Erbauung im J. 1888 auf die Anwendung elektrischer Transmission zugeschnitten worden ist. Sie ist mit einer Reihe von Elektromotoren der verschiedensten Grosse und Verwendungsart mit einer Gesammtleistung von etwa 400 ausgestattet. Sie besitzt keine Haupttransmission, sondern es gehen von den Dampfdynamo aus nur elektrische Stromleitungen nach den Werksabtheilungen und dienen hier gleichzeitig zur Licht- und Kraftabgabe. Die Elektromotoren betreiben theils Transmissionsstränge für grössere oder kleinere Gruppen von Arbeitsmaschinen, theils sind sie unmittelbar an die Maschinen selbst angeschlossen.

I. Beispiel. Der Betrieb von: 1 Blechschere mit Lochmaschine und 2 Blechbohrmaschinen geschieht durch 1 Transmissionswelle (von 60 mm Stärke bei 6 m Länge, gelagert in 3 Sellerslagern), welche einerseits mittels Hauptriemenscheibe und Riemen (90 mm Breite, 6,28 m Geschwindigkeit in der Secunde) von einem Elektromotor angetrieben wird, andererseits die Kraft mittels 3 Riemen an 3 Vorgelege abgibt, von welchen aus dann der Betrieb dieser 3 Arbeitsmaschinen durch 3 Riemen erfolgt.

Bei der dynamometrischen Messung wurde der Betrieb in seine 3 Stufen zertheilt, nämlich:

I. Stufe: Riemenbetrieb zwischen Maschinen und Vor-
gelege;
II. Stufe: Riemenbetrieb zwischen Vorgelege und Haupt-
transmission;
III. Stufe: Betrieb der Haupttransmission sammt Haupt-
riemen am Elektromotor.

Aus den Messungen ergaben sich folgende Wirkungsgrade:

der Maschinen selbst durchschnittlich 0,648
der Maschinenriemen und Vorgelege 0,256 I. Stufe 1)
der Vorgelegeriemen 0,683 II. Stufe 2)
der Transmissionswelle sammt Hauptriemen 0,762 III. Stufe 3)
Der Wirkungsgrad der Maschinen allein
mit 0,648 interessirt uns hier nicht unmit-
telbar, dagegen haben wir die Wirkungs-
grade der 3 Stufen näher zu beachten,
welche zusammen einen solchen von
0,256 . 0,683 . 0,762 = 0,133 4)
ergeben, die beiden letzten Stufen zusam-
men einen solchen von
0,683 . 0,762 = 0,520 5)

II. Beispiel. Eine Gruppe von 51 kleineren Arbeitsmaschinen: kleinen Drehbänken, Fräsmaschinen, Bohrmaschinen, Schmirgelschleifmaschinen und sonstigen Specialmaschinen u.s.w. wird von einer Transmissionswelle von 40 mm Durchmesser und 28 m Länge durch einen 6pferdigen Elektromotor betrieben.

Hieraus ergaben sich folgende Wirkungsgrade:

der Maschinen selbst durchschnittlich 0,33
der Maschinenriemen und Vorgelege 0,86 I. Stufe 6)
der Vorgelegeriemen und Leerlauf-
scheiben

0,835

II. Stufe 7)
der Transmissionswelle und des Haupt-
riemens

0,84

III. Stufe 8)
der 3 Stufen zusammen
0,86 . 0,835 . 0,84 = 0,605 9)
der beiden letzten Stufen 0,835 . 0,84 = 0,70 10)

letzterer als Wirkungsgrad der Transmissionstheile für sich allein.

III. Beispiel. Eine andere Messung erstreckte sich auf eine Gruppe von 141 verschiedenen Maschinen, Drehbänken, Bohrmaschinen, Blechschneidemaschinen, Stanzmaschinen, Stoss-, Shaping-, Hobel-, Fräsmaschinen u. dgl., betrieben durch eine mit Riemenscheiben sehr dicht besetzte Transmission von 74 m Länge bei 50 mm Durchmesser und einen 30pferdigen Elektromotor.

Hier fanden sich die Wirkungsgrade:

der Arbeitsmaschinen 0,311
der Maschinenriemen und Vorgelege 0,93 I. Stufe 11)
der Vorgelegeriemen 0,915 II. Stufe 12)
der Transmission nebst Hauptriemen 0,775 III. Stufe 13)
der 3 Uebersetzungstufen
0,93 . 0,915 . 0,775 = 0,66 14)
der letzten beiden Stufen 0,915 . 0,775 = 0,71 15)

Fassen wir die 3 Beispiele zusammen, so finden wir, dass die Wirkungsgrade von Transmissionen mit 2 Stufen sich bewegen in den Werthen von etwa 0,520, 0,700 und 0,710 oder dem Mittelwerthe

(0,520 + 0,700 + 0,710) : 3 = 0,644 . . . . . . . 16)

IV. Beispiel. Ein Versuch von grösserem Umfang dürfte insofern auch von Interesse sein, als bei ihm nicht die elektrische, sondern die bisherige Messungsmethode mit dem Indicator und dem Prony'schen Zaum zur Anwendung gelangte. Eine sehr gut eingerichtete Fabrik, welche durch eine Dampfmaschine von 250 und 3 Turbinen von 80, 40 und 35 derart betrieben wurde, dass die Dampfmaschine bei wechselndem Wasserstande mehr oder weniger nachzuhelfen bezieh. auch den ganzen Betrieb zu übernehmen hatte, wurde auf ihre Leistungsfähigkeit durch Vornahme umfassender Indicatorversuche geprüft. Hierbei wurde auch der Kraftbedarf der ganzen Fabrik in ihrer maximalen und normalen Leistungsfähigkeit, sowie derjenige der einzelnen Werksabtheilungen und endlich auch derjenige für den Leerlauf sämmtlicher Transmissionen bestimmt. Ehe die Versuche angestellt wurden, waren sämmtliche Transmissionen auf ihren richtigen leichten Gang und ihre richtige Montirung untersucht worden. Für den |183| maximalen Vollbetrieb der ganzen Fabrik

war der Kraftbedarf 250
für den durchschnittlichen Tagesbetrieb 175
und der Leerlauf sämmtlicher Transmis-
sionen erforderte

80 .

Zur Controle dieser Versuche wurden auch die Turbinen an Stelle der Dampfmaschine eingeschaltet und nachher unter genau gleichen Gefälls- und Aufschlagsverhältnissen gebremst. Hierbei wurde der uns hier interessirende Werth für den Leerlauf mit 80 durch Bremsung nochmals festgestellt.

Danach berechnet sich für den Vollbetrieb der Fabrik ein Wirkungsgrad:

(250 – 80) : 250 = 0,68 . . . . . 17)

welcher mit den Werthen in 10) und 15) ziemlich übereinstimmt. Für den normalen Betrieb der Fabrik mit 175 erhalten wir aber einen Wirkungsgrad:

(175 – 80) : 175 = 0,543 . . . . . 18)

Dieser geringe Wirkungsgrad mechanischer Transmissionen braucht nicht zu überraschen, denn er findet sich überall vor, nur tritt er gewöhnlich nicht in die Erscheinung, weil, wie gesagt, die Mittel zu bequemer Anstellung von Messungen im Allgemeinen nicht zur Hand sind.

Es gibt ja auch eine Menge von Betrieben, bei denen die normale Belastung der Vollbelastung nahe gleichkommt, z.B. in Papierfabriken, Holzschleifereien, Mühlen u.s.w. Dagegen sind aber bei anderen Betrieben grössere Unterschiede, bis zu ¾, ja manchmal vorübergehend bis fast zu ½ der Vollbelastung, wahrzunehmen, so bei Maschinenfabriken, namentlich bei solchen, mit denen noch andere, als: Giessereien, Schneidemühlen u.s.w. verbunden sind.

In den Beispielen I, II und III würden wir, wenn die Haupttransmission und die Vorgelegeriemen über die Dauer der Arbeitspausen mitlaufen, ¼ bezieh. ⅓ der Vorgelege selbst aber sammt den Maschinenriemen und Maschinen in den Arbeitspausen stillstehen, bei einer Belastung von ¾ bezieh. ⅔ der Vollbelastung den Wirkungsgrad für die 2 stufige Transmission [vgl. 2) und 3), 7) und 8), 12) und 13)] erhalten zu:

0,465 bezieh. 0,433 in Beispiel I . . . . . . 19)

0,64 bezieh. 0,645 in Beispiel II . . . . . 20)

0,645 bezieh. 0,620 in Beispiel III . . . . . 21)

Daraus können die Mittelwerthe berechnet werden:

(0,465 + 0,640 + 0,645) : 3 = 0,583 . . . . 22)

(0,433 + 0,645 + 0,620) : 3 = 0,566 . . . . 23)

Beim Studium der Werthe 1) bis 23) mag noch beachtet werden, dass die 4 Beispiele aus einer grossen Anzahl von Beobachtungen neueren und auch älteren Datums herausgegriffen und unter diesen die Beispiele I und III hauptsächlich zu dem Zweck ausgewählt sind, um für unsere Betrachtung als Grenzen nach oben und unten zu gelten. Denn ein Vergleich der Längen der einzelnen Transmissionstränge mit der Anzahl der darauf sitzenden Riemenscheiben ergibt zur Beurtheilung des Grades der Ausnutzung dieser Wellen als mittlere Entfernung der Riemenscheiben von einander:

in Beispiel I: = 2,08 m
in Beispiel II: = 0,55 m
in Beispiel III: = 0,375 m,

wobei bezüglich der Zahl 56 im III. Beispiel zu bemerken ist, dass dieselbe zum grossen Theil sich zusammensetzt aus der Zahl von Zusatzriemenscheiben für den Schlittenrücklauf bei Gewindschneidedrehbänken. Thatsächlich sitzt – was wohl nur selten vorkommt – auf der Transmissionswelle in diesem Beispiel fast durchweg Riemenscheibe an Riemenscheibe, so dass eine weitere Ausnutzung unmöglich wäre, während in Beispiel I die durchschnittliche Entfernung von 2 m als einer der häufigsten Fälle der Besetzung einer Transmissionswelle betrachtet werden kann. Auch das Beispiel II mit seiner Anordnung von 1 Riemenscheibe auf je ½ m dürfte noch weit günstiger als das gewöhnliche Mittel gegriffen sein.

Es wird also der Zusammenstellung dieser Beispiele wohl nicht der Vorwurf gemacht werden können, dass sie zu Ungunsten der mechanischen Transmission ausgewählt seien. Sie soll vielmehr gerade zeigen, in welchen ungefähren Grenzen sich die Wirkungsgrade mechanischer Transmissionen bei ihren verschiedenen Besetzungen bewegen. Ausserdem mag sie bei Abschätzung des muthmaasslichen Wirkungsgrades neu zu entwerfender Transmissionsanlagen Anhaltspunkte von Fall zu Fall geben.

Ausser diesen Versuchen über solche Gruppen von Riementransmissionen wurden auch Einzelbetriebe untersucht und zwar Stirnräderbetriebe und Schneckenradbetriebe. Auf der Achse des Elektromotors, dessen Wirkungsgrad und Leistung vorher genau ermittelt war, sass ein Stirnrad, das in ein zweites eingriff und von dessen Welle alsdann die Arbeit bald von einer angekuppelten Dynamomaschine, bald von einer Brauer'schen Bremse abgenommen bezieh. gemessen wurde. Gleiche Versuche wurden mit doppelten Uebersetzungen und mit Schneckengetrieben von verschiedener Steigung der Schnecke angestellt.

Es ergab sich bei einfachen Stirnradübersetzungen mit Rädern von reichlich bemessenen Zahnabmessungen, deren Zähne auf der Maschine geschnitten sind, ein Wirkungsgrad bis 97 Proc., bei doppelten bis 90 Proc., während er bei Rädern mit unbearbeiteten Zähnen bei einfacher Uebersetzung nur etwa 90 betrug und bei doppelter Uebersetzung auf 70 bis 65 Proc. sank. Bei hohen Geschwindigkeiten, mit denen man bei Elektromotoren eben doch im Allgemeinen zu rechnen hat, empfiehlt sich deshalb – auch schon im Interesse eines stillen Ganges – die Anwendung von gefrästen Zähnen in genauester Ausführung. Wünscht man einen besonders stillen Gang, so kann man den Metallklang der Räder durch Bleifüllungen noch erheblich dämpfen, oder man fräst die Zähne etwas schraubenartig schräg und setzt je zwei Räder von entgegengesetzter Schrägung neben einander. Auf diese Weise erreicht man noch einen verhältnissmässig stillen Gang selbst bei Geschwindigkeiten von bis zu 6000 Umläufen. Es dürfte dies der beste Betrieb dieser Art sein, den wir überhaupt haben, zumal er sich für Kräfte jeder Grösse eignet.

Bezüglich des Schneckenbetriebes, dessen Einfachheit selbst bei Ueberwindung der stärksten Uebersetzungen besonders bestechend für seine Anwendung erscheint, haben Versuche gezeigt, dass immerhin einige Vorsicht bei seiner Anwendung zu gebrauchen ist. Für grössere Kräfte hat seine Verwendung bald ihre Grenze. Dagegen wird er bei der Wahl fester Materialien als: Stahlschnecke und gefrästes Phosphorbronzerad, sowie unter Annahme reichlich bemessener Arbeitsflächen zu einem sehr brauchbaren Uebertragungsmittel für mittlere und kleinere Kräfte. Die eingängige Schnecke eignet sich mit ihrem geringen Wirkungsgrad von 40 bis 60 Proc. nur für specielle Fälle einer Zwangslage. Wendet man dagegen höhere Steigungswinkel, z.B. bis 45° an, so ergibt sich ein Wirkungsgrad von reichlich 84, selbst bis 86 Proc. und es tritt dadurch der Schneckenbetrieb in die Reihe der für unsere Zwecke brauchbaren Uebertragungsmittel ein.

Dieser letzteren Reihe von Versuchen an einzelnen Transmissionsmitteln lag noch ein besonderer Zweck zu Grunde. Sie sollten hauptsächlich dazu dienen, diejenigen Uebersetzungsglieder herauszufinden, welche sich zur Einschaltung zwischen Elektromotor und der zu betreibenden Maschine am besten eignen, wenn Geschwindigkeitsübersetzungen zwischen diesen beiden nothwendig werden.

Es war also der Zweck dieser beiden Versuchsreihen ein gewissermaassen entgegengesetzter. In der ersten sollten Anhaltspunkte für den wirthschaftlichen Werth des bisherigen Systems mechanischer Transmissionen zur Ermöglichung eines Vergleichs mit demjenigen der elektrischen Transmission gefunden werden, in der zweiten sollten die wirthschaftlichen Eigenschaften einzelner mechanischer Transmissionsglieder festgestellt werden, wie wir sie bei elektrischen Transmissionen noch mit in Gebrauch nehmen müssen.

Wir sehen aus der ersteren Reihe, dass die Wirkungsgrade mechanischer Transmissionen, sowohl bei 2 als bei 3 Uebersetzungstufen sehr weit aus einander gehen. Sie bewegen sich bei 2 Stufen innerhalb der Werthe von 52, 70 und 71 Proc. (im Mittel 64,4 Proc.) nach den Beispielen I, II, III [siehe 5), 10) und 15)], während bei 3 Stufen Werthe von 13,3, 60,5 und 66 Proc. (im Mittel 46,6 Proc.) auftreten [siehe 4), 9) und 14)]. Diese Unterschiede richten sich einestheils nach der jeweiligen stärkeren oder schwächeren Besetzung der Transmissionswellen mit Riemenscheiben, also nach dem Grade ihrer Ausnutzung, anderntheils liegen sie in der kraftverzehrenden Eigenschaft der Riemen. Noch weiter erniedrigen sich die Wirkungsgrade bei Betrieben, in welchen Maschinen ab und zu stillstehen, so dass die Belastung sich auf ¾ bis ⅔ der Vollbelastung vermindert. Die laufenden Transmissionen verbrauchen hierbei natürlich das gleiche Quantum von Leerlaufarbeit und es steigen dadurch procentual die Verluste. Diese Verluste weisen uns aber augenscheinlich auf den Unterschied zwischen der mechanischen und elektrischen Transmission hin, denn eine elektrische Leitung verbraucht keinen Strom für einen Motor, wenn derselbe in den Arbeitspausen der von ihm zu betreibenden Maschine still steht. Auch bei verminderter Belastung sinkt ihr Wirkungsgrad nicht, sondern er steigt sogar noch. Denn der Arbeitsverlust, in Watt, einer solchen elektrischen Leitung stellt sich dar durch den Ausdruck

Av = J2W,

worin J die Stromstärke in der Leitung und W den Widerstand |184| der letzteren bedeutet. Bei sinkendem J wird also der Arbeitsverlust Av im quadratischen Verhältniss der verminderten Stromstärke kleiner. Es können also bei elektrischem Betrieb alle Verluste durch Leerlaufsarbeiten der Zwischentransmissionen, welche sonst während der Arbeitspausen der Maschinen auflaufen würden, erspart werden.

Wenn wir also im Stande sein werden, elektrische Transmissionen so zu bauen, dass deren Verluste schon beim Vollbetriebe geringer oder zum mindesten nicht grösser als diejenigen der mechanischen Transmission sind, so wird der wirthschaftliche Werth der elektrischen Transmission in manchen Fällen ihrer Einführung die Wege zu ebnen vermögen. Und wir erkennen auch bereits, dass sich die Verhältnisse namentlich bei intermittirenden Betrieben um so günstiger gestalten werden, je grösser die Arbeitspausen im Vergleich zu der wirklichen Arbeitsdauer sind.

Sehen wir nun zu, wie es mit den elektrischen Wirkungsgraden bestellt ist. Hier interessiren uns hauptsächlich diejenigen der Dynamo und der Elektromotoren, denn die elektrische Leitung macht uns keine Sorge, da wir entweder durch Vergrösserung des Leitungsquerschnittes oder Erhöhung der Stromspannung den Wirkungsgrad auf fast beliebige Höhe zu bringen vermögen. Innerhalb einer Fabrik zumal kann der Wirkungsgrad der Leitung immerhin im ungünstigsten Falle zu 97 bis 98 Proc. angenommen werden.

Was nun die Dynamo betrifft, so ist die Verwendung des Stromes in einer Fabrik in der Mehrzahl der Fälle eine mehrseitige, so dass die stromerzeugende Maschine eine Centrale bildet, die auch die Beleuchtung mit versorgen kann, die deshalb also immerhin schon unter die Mittelklasse der grösseren Dynamo zu rechnen ist, und bei welcher dann auch ein Wirkungsgrad von 90 Proc. und mehr vorausgesetzt werden kann.

Die Wirkungsgrade der Elektromotoren dagegen, sofern sich der Strom auf mehrere derselben vertheilt, sind entsprechend der verschiedenen Grosse der Maschinen auch verschieden und werden günstiger mit zunehmender Grösse der Motoren.

Beispielsweise sei über die Motoren der Allgemeinen Elektricitäts-Gesellschaft bemerkt, dass der Wirkungsgrad selbst der kleinsten, der ⅓pferdigen Motoren, bei voller Belastung schon 70 Proc. beträgt, dass derselbe dann bei den grösseren Motoren, z.B. bei 9,5pferdigen, bereits 89 Proc. erreicht, während er bei 60pferdigen schon 90 Proc. übersteigt. Ferner sinkt er bei einer niedrigeren als der Normalbelastung, z.B. bei ⅔ derselben, nur um wenige Procent bei den grösseren Motoren und bei den kleinsten um nur 7 Proc. Selbst bei einer Verminderung der Belastung bis auf ⅓ beträgt die ganze Senkung bei den grossen nur etwa 8½ Proc. bei den kleineren etwa 10 Proc.

Diese günstigen Eigenschaften der Elektromotoren, gegen welche andere Motoren als: Dampfmaschinen, Gasmotoren u.s.w. und auch manche der gewöhnlichen Transmissionsmittel zurückstehen müssen, verdienen hier hervorgehoben zu werden.

Gehen wir nun über zur näheren Betrachtung elektrischer Transmissionen in ihrer Zusammenstellung:

I. Beispiel: Es sollte eine der Kraftquelle fernstehende, 7 zum Betriebe erfordernde Schrotmühle in einer Brauerei von einer elektrischen Centrale aus, welche für die Kellerbeleuchtung beständig im Betriebe ist, elektrisch betrieben werden.

Der Gesammtwirkungsgrad der elektrischen Transmission setzt sich zusammen aus:

Wirkungsgrad der mit einer Dampfmaschine
unmittelbar gekuppelten Dynamo

0,90
Wirkungsgrad der elektrischen Leitung 0,98
„ des 7--Elektromotors 0,865
„ einer Stirnradübersetzung zwi-
schen Elektromotor und Schrotmühle

0,97

Daraus berechnet sich der Gesammtwirkungsgrad zu

0,90 . 0,98 . 0,865 . 0,97 = 0,74.

Eine mechanische Transmission, welche durch diese elektrische ersetzt wurde, erforderte mit ihren 3 Stufen laut Indicatormessungen folgende Betriebskraft:

I. Stufe: Riemen zwischen Vorgelege und
Schrotmühle

0,2
II. Stufe: Vorgelege welle, 26 m lang, 40 mm
stark sammt Riemen

2,7
III. Stufe: Primärtransmission, 60 m lang,
40 mm stark sammt Antriebsriemen

3,8
–––––––––
in Summa 6,7

Danach betrug der Gesammtwirkungsgrad der Transmissionsanlage: 7 : (7 + 6,7) = 0,51.

Es wurden also durch die Einrichtung der elektrischen Transmission gespart: 100 (0,74 – 0,51) : 0,74 = 31,1 Proc.

In gleicher Weise würde die Anwendung elektrischer Transmission zweckdienlich sein für: abseits liegende Wasserpumpen, fernliegende Ventilatoren zur Lüftung von Trockenräumen in chemischen Fabriken, Appreturanstalten, Schlichtereien, Leimfabriken, von Gährräumen und Kellern in Brauereien und Brennereien, Centrifugen in der Textil- und Zuckerindustrie, Schmiedeventilatoren, Fallhämmer mit Riemenbetrieb in Schmiedewerkstätten, Arbeitsmaschinen, welche – in Maschinenfabriken – unabhängig von der Haupttransmission und ohne Unterbrechung fortbetrieben werden sollen, z.B. Cylinderbohrmaschinen, Plandrehbänke u.s.w. (Sind solche Maschinen z.B. direct an einen eigenen Elektromotor angeschlossen und ist eine elektrische Speisebatterie vorhanden, so können solche über Nacht von letzterem weiter betrieben werden, während die Dampfmaschine ruht.) Ferner: Holzbearbeitungsmaschinen für Modelltischlereien, fernliegende Aufzüge u.s.w.

II. Beispiel: Bei einer grossen Zahl dieser Betriebe arbeiten die Maschinen nicht continuirlich und es treten dann die Wirkungsgrade Nr. 19, 20 und 21 mit den Mittelwerthen Nr. 22 und 23 für mechanische Transmissionen bei zweistufiger Uebersetzung in Vergleichung. In diesen Fällen müsste also die volle Leerlaufarbeit für eine oder zwei der Stufen, die der Kraftquelle zunächst liegt, bei jeder Belastung, auch einer geringeren, bei mechanischer Transmission aufgewendet werden, und es liegt deshalb der Gedanke nahe, diese vollzubetreibenden Stufen durch elektrische Transmission zu ersetzen, um die Verluste durch die Leerlaufarbeit zu sparen. Wir denken uns eine solche Einrichtung alsdann so, dass einzelne Gruppen von Arbeitsmaschinen mit oder ohne Vorgelege durch je eine kleinere gemeinschaftliche Transmission betrieben werden, an welche ein Elektromotor von entsprechender mässiger Grösse und mässiger Geschwindigkeit unmittelbar angekuppelt ist, während zwischen diesem und der Centraldynamo nur die elektrische Leitung existirt, durch welche die schwere Haupttransmission ersetzt ist.

Der Wirkungsgrad einer solchen Anlage berechnet sich wie folgt:

Wirkungsgrad der stromerzeugenden Dynamo 0,90
der Leitung 0,98
des Elektromotors (z.B. etwa
9,5 ) 0,89

daher Gesammtwirkungsgrad = 0,90 . 0,98 . 0,89 = 0,78.

Sofern man mit einer solchen Anlage 2 Stufen, wie dies bei einer sehr grossen Zahl von Fällen zutreffen wird, ersetzen kann, deren Gesammtwirkungsgrad also nach Obigem im Mittel 64,4 Proc. beträgt, wird die Anwendung elektrischer Transmission mit ihrem Wirkungsgrad von etwa 0,78 sich als zweckmässig erweisen; sie wird es vielfach auch dann noch bleiben, wenn man an Stelle eines theureren langsam laufenden Motors einen billigeren und gedrängteren schnellaufenden Motor mit mindestens gleich hohem Wirkungsgrade setzt und zur Ausgleichung der Geschwindigkeiten zwischen Transmission und Motor eine nach unserer früheren Beschreibung ausgeführte Stirnradübersetzung mit 0,97 Wirkungsgrad einsetzt. Denn es vermindert sich dann der Gesammtwirkungsgrad nur auf etwa 0,97 . 0,78 = 0,75, stellt sich also gegen obige ungefähr 64,4 Proc. immer noch vortheilhaft. Auch erhält man dadurch bei billigem Betrieb noch eine relativ billige Anlage, wenigstens billiger, als wenn man zu dem äussersten Fall schreiten und jede Arbeitsmaschine mit einem besonderen Elektromotor betreiben wollte, der in Folge seiner Kleinheit dann auch einen geringeren Wirkungsgrad hat, so dass sich der erhoffte Nutzen zum Theil wieder aufhebt. Immerhin kann man damit schwerere Haupttransmissionen mit ihren oft kostspieligen Fundamenten und viel Schmiermaterial und Unterhaltungskosten sparen, abgesehen davon, dass die Montirungskosten einer solchen elektrischen Leitung gegenüber denjenigen schwerer Haupttransmissionen verschwindend gering sind.

Diese Art elektrischen Betriebes scheint sich durch ihre verhältnissmässige Billigkeit in Anlage, durch die Leichtigkeit und Einfachheit ihrer Ausführung wie nicht minder durch ihren angenehmen und billigen Betrieb einer besonders günstigen Aufnahme und Einführung zu erfreuen.

Auch bei einer anderen Gattung von Betrieben noch bringt die Einschaltung elektrischen Betriebes wirthschaftliche Vortheile. Man findet häufig in ausgedehnteren Fabriken ausser einer grösseren Betriebsmaschine eine Zahl kleinerer Dampfmaschinen, welche, in den einzelnen Werksabtheilungen aufgestellt, dieselben zu betreiben haben, z.B. in Maschinenfabriken, an welche grössere Betriebsabtheilungen als Giessereien, Schneidemühlen, Holzbearbeitungs-Werkstätten u.s.w. angeschlossen sind, ferner in Hüttenwerken, Kattunfabriken, Appreturanstalten, chemischen Fabriken u.s.w. Diese Dampfmaschinen haben mehr oder weniger lange Dampfleitungen, sind meistens von mässiger Grösse und als Auspuffmaschinen eingerichtet. Solche Anlagen lassen sich mit ganz wesentlichem |185| Erfolge dahin abändern, dass man eine einzige Centraldampfmaschine mit mehrstufigem Verbundsystem und Condensation aufstellt, von welcher aus die Betriebskraft durch elektrische Uebertragung nach den verschiedenen Verbrauchsorten an Stelle der kleineren Dampfmaschinen geleitet wird.

Rechnen wir die Verluste an Wärme und Spannung in den Dampfleitungen zu nur 15 Proc. und nehmen wir an, dass die kleineren Auspuffdampfmaschinen durchschnittlich und stündlich nicht mehr wie 18 k Dampf für 1 effect. und Stunde verbrauchen, so beträgt die entsprechende Dampfentnahme aus den Kesseln:

18 : (1 – 0,15) = 21,2 k für 1 effect. und Stunde.

Bei der zweiten Anlage mit Centralmotor ist die einzige Dampfleitung gewöhnlich kurz und betragen die Verluste in derselben höchstens 5 Proc. Der Wirkungsgrad der Leitung also 95 Proc.

Es beträgt ferner:

der Wirkungsgrad der Centraldampfmaschine 85 Proc.
Centraldynamo mindestens 90
elektrischen Leitung 96
Elektromotoren durchschn. 85

und endlich kann man als stündlichen Dampfverbrauch der Dampfmaschine für 1 indicirte , 6,5 k rechnen,

dann erhält man als entsprechende Dampfentnahme aus den Kesseln für 1 effect. , welche von den Elektromotoren abgegeben wird:

6,5 : (0,95 . 0,85 . 0,90 . 0,96 . 0,85) = 10,96 k.

Die Ersparnisse an Dampf betragen also in diesem Falle

100 (21,2 – 10,96) : 21,2 = 48,3 Proc.

Hierbei ist zu beachten, dass der Dampfverbrauch von 18 k für Auspuffmaschinen noch ein günstiger genannt werden kann, da er bei kleinen Maschinen oft bis 25 k und mehr beträgt. Ziehen wir diesen Werth aber in Rechnung, so steigern sich die Ersparnisse bis auf 62,6 Proc.

Dies sind Zahlen, welche der Sache deutlich genug das Wort reden und die Anwendung solcher Centralisationen fast immer empfehlenswerth erscheinen lassen.

Es liegt ja hier allerdings der Erfolg nicht unmittelbar in der elektrischen Uebertragung selbst, sondern in dem bekannten wirtschaftlichen Unterschied der beiden Dampfmaschinengattungen und -grössen, allein die sparsam arbeitende und bequem auszuführende elektrische Uebertragung gibt das passendste Mittel ab zur Ermöglichung einer solchen Betriebscentralisation.

Als ein Beispiel grösseren Umfanges möge die elektrische Betriebseinrichtung der Actiengesellschaft für Fabrikation von Eisenbahnmaterial zu Görlitz erwähnt sein, in welcher:

2
1
Elektromotoren
Elektromotor
von
30
20
zum Betriebe der Schneide-
mühle und Tischlerei;

1



15
zum Betriebe einer Hobel-
maschine bezieh. der neuen
Schlosserei;
1 1,5 zum Betriebe von Farbmühlen;
1 fahrbarer Elektromotor von 1 zum Betriebe einer
transportablen Bohrmaschine

in Thätigkeit sind. Vor Einführung des elektrischen Betriebes wurde nämlich diese Werksabtheilung durch eine besondere Dampfmaschine betrieben, welche ihren Dampf von dem fernliegenden Kesselhause erhielt. Durch eine sparsam arbeitende elektrische Kraftübertragung wurde der Anschluss an die sehr ökonomisch arbeitende grosse Centraldampfmaschine bewirkt und mit bedeutendem wirthschaftlichem Erfolge die zweite Dampfmaschine ersetzt.

In der gleichen Weise ist natürlich die Fabrik Ackerstrasse der Allgemeinen Elektricitäts-Gesellschaft eingerichtet. Neben 2 kleineren je 150pferdigen Verbunddampfdynamo sendet eine 300pferdige Verbunddampfmaschine mit Condensation und unmittelbar gekuppelter Dynamo Strom für Licht und Kraft nach den einzelnen Werksabtheilungen, und zwar befinden sich in der

Maschinenfabrik, Schmiede, Tischlerei
und Ankerwickelei 21 Elektromotoren mit zus. 91
Ankerfabrik 7 61
Kabelfabrik 3 22
Gummifabrik 1 80
Probirstation 8 156
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im Ganzen also 40 Elektromotoren von zus. 410

Wie schon früher betont, sind es aber ganz besonders die zeitweise aussetzenden Betriebe, bei welchen die elektrische Transmission zweckmässig erscheint, und unter diesen sind es besonders die Hebevorrichtungen, als: elektrische Aufzüge, Winden, Kräne, Schiebebühnen, Drehscheiben, Pumpen für Wasserstationen auf Bahnhöfen u.s.w., welche noch einer eingehenderen Betrachtung unterzogen werden sollen. Denn bei diesen sind die Arbeitspausen fast durchgehends bedeutend grösser als die Arbeitszeiten, und ausserdem sind die Winden sehr häufig so gelegen, dass sie von mechanischen Transmissionen nur in mehr oder weniger umständlicher oder schwieriger Weise zu erreichen sind.

Man findet häufig in Berlin hydraulische Fahrstuhlanlagen, bei welchen der Fahrkorb von einem Tauchkolben getragen wird, der durch Wasserdruck gehoben oder gesenkt wird. Das erforderliche Wasser wird geliefert entweder:

1) durch eine mittels Gasmotors betriebene Wasserpumpe, welche es nach einem hochgelegenen (gewöhnlich im Dachraum des Hauses untergebrachten) Behälter oder nach einem (irgendwo im Hause, je nach Umständen auch im Keller untergebrachten) Windkessel schafft und nach Befinden hierzu das verbrauchte Wasser stets wieder verwendet. Da ein Gasmotor nicht selbsthätig anlaufen kann, so ist hierzu ein Maschinist nöthig, der durch zeitweilige Ingangsetzung des Gasmotors den Behälter bezieh. den Windkessel stets genügend voll zu halten hat. Oder:

2) von einer städtischen Wasserleitung unmittelbar in den Hochbehälter im Dachraum, in welchem ein Schwimmerventil das verbrauchte Wasser selbsthätig stets durch frisches wieder ersetzt.

Nach den Berechnungen des Vortragenden ergeben sich für 100 Fahrten täglich auf 18 m Höhe bei einem auf 500 k Bruttolast berechneten Fahrstuhle für die Metertonnenstunde:

1) für den Betrieb mit Gasmotor M. 0,364
bezieh. für einen verkleinerten Kolben1) M. 0,230
2) für den Betrieb durch die städt. Wasserleit. M. 3,18
bezieh. für einen verkleinerten Kolben1) M. 1,97
3) für den Betrieb mit Elektricität M. 0,298

Alle diese Berechnungen stützen sich bis jetzt auf die Annahme, dass der Fahrkorb stets mit seiner Maximallast beladen wird. Dies tritt indessen in Wirklichkeit nur dann und wann ein und erfahrungsgemäss ergibt sich als durchschnittliche Belastung höchstens ⅖ der Maximalbelastung. Hierfür würde sich bei elektrischem Betriebe für die Metertonnen stunde M. 0,155 ergeben, oder M. 0,172 bei Berücksichtigung des Umstandes, dass der Wirkungsgrad des Elektromotors bei sinkender Belastung ebenfalls sinkt.

Zum Ueberblick über unsere bisherigen Betrachtungen sind die gefundenen Werthe in folgender Tabelle zusammengestellt, welche zugleich diejenigen Fälle finden lehrt, wo der Ersatz anderer Transmissionsmittel durch den elektrischen Betrieb in der That zweckmässig erscheint.

Vergleichstabelle der Wirkungsgrade mechanischer und elektrischer Transmissionen.

Beispiel Nr.

Besetzung der
Wellen
1 2 3 4

schwach

gut

voll

gut
1. Mechanische
Transmissionen.
Wirkungsgrad der
I. Stufe
Wirkungsgrad der
II. Stufe
Wirkungsgrad der
III. Stufe
Gesammtwirkungs-
grad 2 stufig



0,256

0,683

0,762

0,520



0,86

0,835

0,84

0,70



0,93

0,915

0,775

0,71
im Mittel 0,644
Gesammtwirkungs-
grad 3 stufig

0,133

0,605

0,660

0,68

Bei Vollbelastung
im Mittel 0,467
Gesammtwirkungs-
grad 2 stufig

0,465

0,640

0,645

Bei ¾ der Vollbelastung
im Mittel 0,583
Gesammtwirkungs
grad 2 stufig

0,433

0,645

0,620

Bei ⅔ der Vollbelastung
im Mittel 0,566
Mittlere Entfernung
der Riemenschb.

2,08 m

0,55 m

0,375 m


2. Dampfbetriebe
Kleine Hoch-
druckmaschinen
mit Central-
dampfleitung
Grosse Central-
dampfdynamo
mit elektr.
Uebertragung

Ersparnisse bei
elektr. Uebertragung
in Proc.
Stündlicher Dampf-
verbrauch für
1 geleistete k


21,2–30,0


10,96


48,3–62,6
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3. Mittel- und
Grenzwerthe

Mechan.
Transmiss.
Elektr.
Trans-
mission
Ersparnisse
durch elektr.
Transm. in
Proc.
a) Mittelwerthe:
Wirkungsgrade bei
2 Stufen
Wirkungsgrade bei
3 Stufen
Wirkungsgrade bei
2 Stufen
Wirkungsgrade bei
2 Stufen


0,644

0,467

0,583

0,566


0,72

0,72

0,70

0,70


10,5

35,1

16,7

19,2


Bei Vollbelastung

Bei Vollbelastung

Bei ¾ der Vollbelastung

Bei ⅔ der Vollbelastung
b) Grenzwerthe:
Wirkungsgrade bei
2 Stufen
Wirkungsgrade bei
3 Stufen
Wirkungsgrade bei
2 Stufen
Wirkungsgrade bei
2 Stufen


0,521–0,71

0,133–0,66

0,465–0,640

0,433–0,645


0,70

0,70

0,70

0,70


25,5–0

80,5–5,7

33,6–8,6

38,3–7,9


Bei Vollbelastung

Bei Vollbelastung

Bei ¾ der Vollbelastung

Bei ⅔ der Vollbelastung



4. Fahrstuhl-
anlagen
Betr. durch
Pumpe mit
Gasmotor
Betr. durch
städt. Wasser-
leitung

Betr. durch
Elektricität
f. tägl.
100
Fahrten
f. 1 Met.-
tonnen-
stunde
f. tägl.
100
Fahrten
f. 1 Met.-
tonnen-
stunde
f. tägl.
100
Fahrten
f. 1 Met.-
tonnen-
stunde
M. M. M. M. M. M.
Kosten bei der
Maximalbelastung

1,64

0,364

14,33

3,18

1,34

0,298
Kosten bei der
Maximalbelastung

1,03

0,230

8,80

1,97

1,34

0,298
Kosten bei ⅖ der
Maximalbelastung
d.h. Durchschnitts-
belastung



1,03



0,230



8,86



1,97



0,775



0,172

Aus den vorstehenden Angaben geht hervor:

  • 1) Dass schwach besetzte Transmissionen von ausgedehnterer Wellenlänge oder mehrstufiger Riemenübertragung wohl stets mit Vortheil durch elektrischen Betrieb ersetzt werden und zwar entweder:
    • a) dadurch, dass der Motor unmittelbar an die Arbeitsmaschine angeschlossen wird, so dass dieser mit der letzteren ein organisches Ganzes bildet, oder:
    • b) dadurch, dass der Motor, die Haupt- und Zwischentransmission ersetzend, eine kleinere Gruppe von Maschinen treibt mittels einer möglichst unmittelbar an ihn angeschlossenen Zwischentransmission, welche thunlichst leicht, kurz und dabei dicht besetzt ist.
  • 2) Dass der Ersatz von Dampfcentralen – mit einer Reihe kleiner Auspuffmaschinen, die an erstere angeschlossen sind – durch eine elektrische Centrale – bestehend aus einer ökonomisch arbeitenden Centraldampfdynamo mit einer Reihe an dieselbe durch Leitungsdrähte angeschlossener Elektromotoren – stets ganz erhebliche Vortheile bringt, indem dadurch selbst kleine Betriebe mit geringen Unterschieden der wirtschaftlichen Vorzüge grosser, sparsam arbeitender Dampfmotoren theilhaftig werden.
  • 3) Dass die Anwendung elektrischen Betriebes auf intermittirende Betriebe (Hebemaschinen, Fahrstühle) wirthschaftlich rationell erscheint.
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Kann beim hydraulischen Fahrstuhl die Tauchkolbensäule derart verstärkt werden, dass deren Durchmesser bezieh. deren Kolbenfläche auf die für den Wasserdruck allein maassgebende Abmessung verkleinert werden kann, so vermindert sich der Wasserverbrauch und die Kosten dafür.

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Kann beim hydraulischen Fahrstuhl die Tauchkolbensäule derart verstärkt werden, dass deren Durchmesser bezieh. deren Kolbenfläche auf die für den Wasserdruck allein maassgebende Abmessung verkleinert werden kann, so vermindert sich der Wasserverbrauch und die Kosten dafür.

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