Titel: Elektrischer Bremsregulator, System Rieter.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1898, Band 309 (S. 5–8)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj309/ar309003

Regulirungsvorrichtungen.
Elektrischer Bremsregulator, System E. H. Rieter.

Mit Abbildungen.

Das Bedürfniss nach möglichst genauen und augenblicklich wirkenden Regulirungen an Motoranlagen ist mit der Entwickelung der Elektrotechnik immer dringender geworden.

Bei Anlagen mit Dampfbetrieb kann meistens, d.h. wenn nicht ein ganz ausnahmsweise unregelmässiger und in weiten Grenzen wechselnder Betrieb vorliegt, mit einem empfindlichen Regulator in Verbindung mit einem entsprechend schweren Schwungrade eine befriedigende Präcision in der Regulirung erzielt werden. Anders verhält es sich dagegen bei Elektricitätswerken mit hydraulischem Betriebe. Hier sind zwei Fälle zu unterscheiden, nämlich:

1) Anlagen mit sehr hohem Gefälle und verhältnissmässig geringem Wasserquantum, wobei die sogen. Hochdruckturbinen zur Anwendung gelangen.

2) Anlagen mit mässigem Gefälle und grossem Wasserquantum, wobei meistens sogen. Ueberdruckturbinen zur Verwendung kommen.

Bei den Hochdruckturbinen, die meistens mit wagerechter Achsenanordnung und radialer innerer Beaufschlagung construirt werden, lässt sich in allen Fällen in verhältnissmässig einfacher Weise eine hinreichend zuverlässige und genaue Regulirung bezieh. Einhaltung der normalen Tourenzahl durch Verwendung sogen. Präcisionsregulatoren mit Rückschaltung (vgl. 1897 306 * 110) bewerkstelligen. Derartige Regulatoren gestatten selbst bei |6| bedeutenderen und plötzlich auftretenden Kraftschwankungen nur geringe Aenderungen in der Tourenzahl.

In dem zweiten Falle lässt sich dagegen eine so hohe Genauigkeit selbst mit den besten Präcisionsregulatoren nicht mehr in allen Fällen ohne weiteres erreichen. Eine genaue Einhaltung der Tourenzahl ist aber hier ebenfalls erwünscht, namentlich wenn Ueberdruckturbinen mit Dynamomaschinen zusammenarbeiten.

Damit in diesen Fällen eine Ueberschreitung der normalen Tourenzahl unmöglich wird, muss zwischen Motor und Wellenleitung ein Apparat eingeschaltet werden, der im Stande ist, in jedem Augenblicke eine entsprechende Menge mechanischer Arbeit in sich aufzunehmen, und der sich bei Wiederherstellung der normalen Geschwindigkeit sofort wieder selbsthätig entlastet. Um diesen Bedürfnissen nachzukommen, construirte E. H. Rieter in Winterthur den nachstehend beschriebenen elektrischen Bremsregulator (D. R. P. Nr. 91551).

Die bis heute ausgeführten Bremsregulatoren haben nur eine geringe Verbreitung gefunden. Dies dürfte seinen Grund darin haben, dass denselben noch verschiedene Mängel anhaften. Sie sind fast alle auf gleicher Basis aufgebaut, nämlich so, dass in irgend einer Art und Weise die zu verrichtende mechanische Energie durch Reibung in Wärme umgesetzt wird. Reibung zwischen festen Körpern ist aber dazu wenig geeignet, da dieselbe, von vielen Factoren abhängig, sehr veränderlich ist. Die Wärmeerzeugung, die bei jedem Bremssystem in gleichem Maasse auftreten muss, ist dabei ungünstig auf die Arbeitsflächen localisirt. Am gebräuchlichsten sind Apparate, bei denen die Flüssigkeitsreibung zur Aufzehrung von überschüssiger Leistung in Anwendung kommt. Auch hier ist die Localisirung der Wärmeerzeugung äusserst ungünstig, denn es kommt dabei meistens eine Circulationspumpe (für Wasser oder Oel) zur Anwendung, deren Drosselventil von einem tachometrischen Apparate eingestellt wird. Gerade dieses Drosselorgan ist dasjenige Organ, in welchem die Wärme erzeugt wird. Aber auch in mechanischer Hinsicht ist diese besprochene Anordnung ungünstig, da auf jenes Pumpenventil grosse Kräfte wirken, die bei der kleinsten Ungenauigkeit, trotz sorgfältig durchgeführter Entlastung, noch immer im Verhältniss grosse Reibungen erzeugen können.

Textabbildung Bd. 309, S. 6

Aehnlich ungünstig in mechanischer Beziehung functioniren diejenigen Bremsapparate, welche als Grundlage einen Prony'schen Zaum haben. Bei allen auf diesem Principe und dem der Pumpen gebauten Apparaten theilt sich die durch die Reibung erzeugte Wärme bald dem ganzen Mechanismus mit, so dass dieser in kürzester Zeit bei nur einigermaassen andauernder Belastung so heiss wird, dass derselbe, der dadurch entstehenden Gefahr wegen, bald abgestellt werden muss. Alle dabei verwendeten Kühlmethoden, wie laufendes kaltes Wasser u.s.w., gestatten diesen Apparaten nicht, grössere Kräfte dauernd zu absorbiren.

Bei dem elektrischen Bremsregulator von E. H. Rieter kommen die genannten schädlichen Wirkungen in Wegfall. Der einzig rotirende Theil dieses Apparates besteht aus einem sorgfältig ausbalancirten Eisen- oder Stahlcylinder, der, auf einer Achse festgekeilt, durch eine Riemenscheibe in Bewegung gesetzt wird. Es kann demnach weder von einem einseitigen Lagerdruck, noch von irgend welcher im Inneren des Apparates entstehenden Reibung die Rede sein. Selbst bei der stärksten Beanspruchung des Apparates tritt nur die unumgängliche Lagerreibung zweier sorgfältig bearbeiteter Ringschmierlager auf.

Zur Verwandlung der aufzuzehrenden mechanischen Energie in Wärme wird die Erzeugung von elektrischen Wirbelströmungen in einer unmagnetisirten Eisenmasse verwendet und zwar mit folgenden wichtigen Vortheilen:

1) Dass bestimmten elektrischen Verhältnissen (bezüglich der Erregung) bei denselben Geschwindigkeiten immer genau dieselben Bremskräfte entsprechen.

2) Dass der tachometrische Apparat auf einen empfindlichen und empfindlich bleibenden Contactapparat wirkt, der jedem Einflusse der erwärmten Kräfte, der Erwärmung und den Erschütterungen vollständig entzogen werden kann.

Im Weiteren ist in sorgfältigster Weise für eine günstige Abkühlung der Bremsvorrichtung Vorsorge getroffen, indem die unmagnetisirte Eisenmasse mit schmiedeeisernen Rippen und Löchern versehen ist, und selbst rasch rotirt, so dass bei der dabei auftretenden bedeutenden Umfangsgeschwindigkeit eine vorzügliche Ventilation bezieh. Abkühlung erreicht wird.

Nachdem Rieter an einem ganz kleinen Modell die |7| schon früher von Foucault u.a. gemachte Entdeckung, dass ein massiver Eisencylinder, der in einem magnetischen Felde bewegt wird, der Bewegung um so mehr Widerstand entgegensetzt, je grösser seine Geschwindigkeit wird, als richtig erkannt hatte, construirte er einen kleinen Apparat, aus einem zweipoligen Elektromagneten bestehend, der auf einer Achse festgekeilt ist und mittels einer Riemenscheibe in Umdrehung gesetzt werden kann. Um dieses zweipolige Magnetfeld ist ein feststehender, aus Schmiedeeisen hergestellter Ring angeordnet, der mittels Armkreuz und Nabe concentrisch um das Magnetfeld gelagert ist. Behufs Ermittelung der elektrischen Grossen und der mechanischen Arbeit wurden mit Volt- und Ampèremetern bezieh. einem Kummer'schen Dynamometer genaue Messungen angestellt, die nahezu übereinstimmende Resultate, und zwar bei einer Erregung des magnetischen Feldes mit einer Stromstärke von 14 Ampère bei 30 Volt und bei einer Geschwindigkeit desselben von 668 minutlichen Umdrehungen eine mittlere Bremsleistung von 0,930 ergaben.

Für praktische Verwendungen baute Rieter einen grösseren, dem vorgenannten ähnlichen Apparat, der in den Revue industrielle vom 19. Februar 1898 entnommenen Abbildungen (Fig. 1 und 2) dargestellt ist. Das hier achtpolige ruhende Magnetsystem p, welches von einer besonderen Stromquelle (Dynamo oder Accumulatorenbatterie) aus erregt wird, ist mittels starker Bolzen am Lagerkörper l festgeschraubt. Der elektrische Strom wird durch zwei Klemmen der magnetisirenden Spule s zugeführt. Zur Erzielung der beabsichtigten Bremswirkung ist um dieses magnetische Feld eine rotirende Eisenmasse e angeordnet, die in diesem Falle aus einem massiven gusseisernen Ring besteht, in welchen eine Anzahl schmiedeeiserne Rippen h eingegossen sind. Der Ankerring e wird durch das Armkreuz a, welches auf der durch das Magnetfeld gehenden Achse festgekeilt ist, mittels sechs Schraubenbolzen gehalten und durch die Riemenscheibe b in rotirende Bewegung versetzt. Durch diese Rotation entstehen in jener Eisenmasse geschlossene elektrische Stromkreise, Foucault-Ströme u.s.w., welche ein der Bewegungsrichtung entgegengesetzt gerichtetes Drehmoment hervorrufen, das hindernd auf die Eisenmasse einwirkt. Zur besseren Ableitung der in der Eisenmasse entwickelten Wärme dienen die Rippen h.

Textabbildung Bd. 309, S. 7

Behufs Verwendung als Bremsapparat wird der erregende elektrische Strom durch einen Geschwindigkeitsregulator, der auf einen Rheostaten einwirkt, regulirt, und zwar so, dass die zu erzeugende bremsende Kraft mit zunehmender Geschwindigkeit steigt. Der Apparat, welcher diese Regulirung besorgt, wird in verschiedenen Ausführungsgrössen gebaut. Es kann derselbe als besonderer tachometrischer Schaltapparat, unabhängig von dem eigentlichen Bremsapparat ausgeführt werden, so dass derselbe auch örtlich vollkommen unabhängig an einem beliebigen passenden Ort aufgestellt und von der betreffenden Wellenleitung angetrieben werden kann. Der für diesen Zweck construirte Apparat ist in Fig. 3 veranschaulicht.

In dem unteren cylindrischen Gehäuse befindet sich ein Regulirwiderstand, aus Neusilberdraht bestehend, der in einzelne Theile gegliedert ist. Jeder Theil steht mit einem der auf der Vorderseite des Gehäuses sichtbaren Drahtstifte in directer Verbindung. Ueber dem Gehäuse befindet sich ein combinirter Gewichts- und Federregulator, dessen Pendel durch Hebelübersetzung auf ein mit Quecksilber gefülltes Glasgefäss wirkt, welches eine in bestimmtem Verhältnisse zum Pendelausschlag stehende Bewegung nach oben oder unten ausführt. Das Quecksilbergefäss liegt unmittelbar unter den Drahtstiften, so dass, je nach der Pendelstellung, eine grössere oder geringere Anzahl derselben mit dem Quecksilber in Berührung kommt bezieh. mehr oder weniger Widerstand in die Erregerleitung eingeschaltet ist. Der durch diese letztere in die Magnetspule fliessende Strom wird dementsprechend das Magnetfeld des Bremsapparates stärker oder schwächer erregen, woraus eine unmittelbare Steigerung oder Verminderung der Bremswirkung bei annähernder gleichbleibender Tourenzahl resultirt.

Textabbildung Bd. 309, S. 7

Neuerdings wird der tachometrische Regulirapparat auch direct mit der Erregerdynamo an den Bremsapparat angebaut und das Pendel unmittelbar von der Achse des letzteren angetrieben.

Die Ergebnisse einer Reihe von Versuchen, welche mit einem kleinen elektrischen Bremsregulator, System Rieter, in dem elektrotechnischen Versuchslaboratorium der Actiengesellschaft vorm. Joh. Jakob Rieter und Co. in Winterthur vorgenommen wurden, sind durch die in Fig. 4 und 5 ersichtlichen Curven graphisch dargestellt. Fig. 4 zeigt stetig ansteigende Curven, von denen jede die bei gleich bleibender Umdrehungszahl, aber veränderlicher, d.h. von 0 bis 5 Ampère anwachsender Erregung resultirende, in Pferdekräften ausgedrückte gebremste mechanische Arbeit darstellt.

Es geht hieraus hervor, dass der Apparat im Stande ist, mittels geringem Aufwände von elektrischer Energie schon bedeutende Kräfte zu bremsen bezieh. in sich aufzunehmen.

Unter Zugrundelegung constant bleibender Erregung bei veränderlicher Tourenzahl ergeben sich die Curven, welche in Fig. 5 dargestellt sind. Dieselben veranschaulichen die in Watt ausgedrückte gebremste Energie bei Aenderung der Tourenzahl von 0 bis 600 und bei constant bleibenden Erregungen von 1, 2, 3, 4 und 5 Ampère.

|8|

Um auch die Leistungsfähigkeit der Wirkung des elektrischen Bremsregulators vor Augen zu führen, wurden mittels eines registrirenden Tachometers unter verschiedenen Verhältnissen Geschwindigkeitsdiagramme genommen. Dieselben liessen deutlich erkennen, dass die Anwendung eines elektrischen Bremsregulators auf eine gleichmässige Geschwindigkeit von ganz bedeutendem Einflusse ist. Um nur einige Fälle herauszugreifen, stieg bei einem Versuche ohne Bremsregulator bei einer plötzlichen Entlastung von 11,6 die Geschwindigkeit allmählich von 225 auf 322 Touren in der Minute, welcher Werth sich nach und nach als constant einstellte. Nach 24 Secunden fand eine Wiederbelastung von 10,5 statt, wonach sich die Tourenzahl innerhalb 3 Secunden auf 228 Touren in der Minute einstellte. Unter Mitwirkung eines elektrischen Bremsregulators, wobei noch eine die Pendelbewegung des tachometrischen Schaltapparates beeinflussende Oelpumpe in Anwendung kam, zeigte sich, dass die Geschwindigkeit bei plötzlicher Entlastung von 11,6 von 230 Touren sofort anfing zu steigen, innerhalb 4 Secunden aber bereits das Maximum von nur 276 erreichte und alsdann wieder anfing zu sinken, um sich nach Verlauf weiterer 5 Secunden wieder auf die Anfangsgeschwindigkeit von 230 Touren in der Minute einzustellen. Während sich die Ueberschreitung der Umdrehungszahl unter gewöhnlichen Verhältnissen (im erstgenannten Falle) auf 97 beläuft, beträgt dieselbe unter Verwendung eines elektrischen Bremsapparates nur 46, d.h. kaum die Hälfte.

Textabbildung Bd. 309, S. 8

Noch günstiger stellte sich das Ergebniss bei einem anderen Versuche ohne Oelpumpe. Nachdem die Geschwindigkeit während der ersten 15 Secunden ziemlich constant blieb, fand eine plötzliche Entlastung von 11,6 statt; hierbei stieg die Tourenzahl um einen kaum merklichen Betrag; die Ueberschreitung der anfänglichen 243 Touren belief sich nur auf 251 und zwar innerhalb 2 bis 3 Secunden; nachdem sank die Tourenzahl wieder annäherungsweise auf die ursprüngliche zurück, nämlich auf 245.

Bei plötzlicher totaler Einschaltung der Belastungsdynamo bezieh. gleichzeitiger selbsthätiger Ausschaltung des elektrischen Bremsregulators verminderte sich die Tourenzahl nur um etwa 30, indem sie von 225 Touren auf 195 sank, innerhalb 2 Secunden dieses Minimum erreichte und nach Verlauf weiterer 4 Secunden war bereits die normale Geschwindigkeit von 225 Touren in der Minute wieder hergestellt.

Um weitere vergleichende Betrachtungen anstellen zu können, wurden ähnliche Versuche wie die obigen mit einem hydraulischen Bremsregulator gemacht. Derselbe kam zur Wirkung nach Verlauf von 9,5 Secunden, nachdem 1,25 ausgeschaltet wurden. Die Belastung betrug 6 . Trotz dieser äusserst geringen Entlastung fand dennoch eine Erhöhung der Tourenzahl von 330 auf 365, also ein Unterschied von 35 Touren in der Minute statt. Die Geschwindigkeit nahm dann langsam wieder einen kleineren Werth an und erreichte nach etwa 9 Secunden annähernd die ursprünglichen 330 Touren.

Bei einem Versuche ohne Bremsregulator und analogen Kraftschwankungen wie im vorhergehenden Falle bewegten sich die Geschwindigkeiten innerhalb ähnlicher Grenzen, nur verliefen sie etwas allmählicher bezieh. brauchten mehr Zeit als im vorigen Falle. Ein Unterschied von bedeutendem praktischen Werthe ist aber hierin nicht erkennbar.

Freytag.

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