Titel: Ueber Elektromotoren für den Antrieb von Walzenstrassen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1901, Band 316/Miszelle 1 (S. 707–708)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj316/mi316mi44_1

Ueber Elektromotoren für den Antrieb von Walzenstrassen.

Für den Antrieb von Walzenstrassen kommen meistens nur Drehstrommotoren in Frage, und zwar aus folgenden Gründen: Der Ein- und Zweiphasenmotor läuft schwer an und meistens nur unbelastet, ferner ist die Ueberlastungsfähigkeit eine sehr geringe und der Wirkungsgrad schlechter als beim Drehstrommotor. Die Gleichstrommotoren verlangen eine grössere Wartung, da die Stromzuführung durch schleifende Bürsten und einen Kollektor stattfindet. Ausserdem nutzt letzterer schnell ab, woraus sich ergibt, dass der Gleichstrommotor wie der Ein- und Zweiphasenmotor nicht zum Dauerbetrieb geeignet ist. Der Drehstrommotor dagegen kann ohne Bürsten ausgestattet werden, besitzt ein grosses Anzugsmoment und bedarf fast keiner Wartung. Hierzu kommt noch, dass der Bau des Drehstrommotors ein viel einfacherer als einer der erstgenannten Motoren ist, so dass man schliesslich, wenn man noch das geringere Gewicht desselben im Vergleich zu den anderen in Betracht zieht, wohl sagen darf, dass der Drehstrommotor gewissermassen allen Anforderungen für den Betrieb von Walzenstrassen am meisten entspricht. Soll der Motor mit voller Last anlaufen, so ist ein Schleifringanker einem Kurzschlussanker vorzuziehen, da man dann die normale Anzugskraft um etwa das Dreifache durch Veränderung des Widerstandes im Ankerstrom erhöhen kann.

Nach der Anlaufperiode kann der Ankerstromkreis durch einen Schalthebel im Anker selbst kurzgeschlossen werden, so dass dann die Bürsten wieder abgehoben werden können und die Ankerschaltung somit wieder dem Kurzschlusssystem entspricht. Die Tourenzahl der Drehstrommotoren nimmt mit steigender Belastung um einige Prozent ab. Hat nämlich der Anker an seiner Welle keine Arbeit abzugeben, so rotiert derselbe mit nahezu derselben Geschwindigkeit wie das rotierende Magnetfeld. Bei zunehmender Belastung jedoch beginnt der Anker zu schlüpfen, d.h. der Anker bleibt etwas zurück und beginnt zu gleiten. Diese Schlüpfung ist in den Grenzen normaler Belastungen fast proportional der zunehmenden Belastung. Beträgt die Tourenzahldifferenz bei halber Belastung etwa 1,5%, so ist sie bei voller Belastung bis etwa 3% angewachsen. Diese Schlüpfung ergibt allerdings einen geringen Verlust, und ist es daher für den normalen Betrieb vorzuziehen, Motoren mit einer geringen Schlüpfung zu verwenden. Berücksichtigt man den hohen Wirkungsgradeiner elektrischen Walzwerksanlage, so wird selbst ein grosser Schlupf des Antriebsmotors bei momentaner Ueberbelastung noch gar keine Rolle spielen. Einen Vorteil besitzt dabei diese Schlüpfung dennoch, da die lebendige Kraft einer Schwungmasse die momentan zu leistende Arbeit übernehmen kann, wenn die Geschwindigkeit abnimmt. Es folgt hieraus, dass die Motorleistung nicht unbedingt dem auftretenden Maximalwiderstand zu entsprechen braucht. Es sollen nun an dieser Stelle nur Motoren mit Schwungmassen berücksichtigt werden, und zwar wollen wir zunächst untersuchen, in welcher Weise der Motor vom Schwungrad unterstützt wird und welche Dimensionen für das Schwungrad erforderlich sind.

Es sind hierzu die verschiedenen Arbeitsperioden in Betracht zu ziehen, und zwar bestehen dieselben in der Walz- und Erholungsperiode. Die Walzperiode entspricht dem Zeitraum, in welchem der Motor die erforderliche Arbeit zu leisten hat; während die Erholungsperiode dem Zeitraum entspricht, in welchem die vom Schwungrad abgegebene Arbeit wieder vom Motor in das Schwungrad aufgespeichert wird.

Es sei angenommen, dass der Leerlaufswiderstand der Walzenstrasse und des Motors, als auch der totale Widerstand der Walzenstrasse in der Arbeitsperiode konstant ist. Bezeichnet man mit W den totalen Widerstand der Walzenstrasse, mit P die Umfangskraft des Motors, mit P' den Teil der lebendigen Kraft des Schwungrades, welcher durch das Sinken der Tourenzahl frei wird, mit v' die Umfangsgeschwindigkeit bei Leerlauf der Walzenstrasse, mit v'' die Leerlaufsgeschwindigkeit beim Anfang der Arbeitsperiode, mit v''' die Umfangsgeschwindigkeit am Ende der Arbeitsperiode, mit v die Tourenzahl des Motors; so ist allgemein

. . . . . . . . 1)

und hierin

. . . . . . . . 2)

Bei Beginn der Arbeitsperiode sei der Beharrungszustand des Leerlaufes noch nicht völlig erreicht. Der momentane Wert von v sei v'', also noch etwas kleiner als v' und somit derjenige von P . v sei P'' . v'', wenn P'' die Umfangskraft des Motors bei Anfang der Arbeitsperiode bezeichnet. Ist P''' die Umfangskraft am Ende der Arbeitsperiode, so sind die Werte von v'' und v''' aus P'' . v'' und P'''v''' durch die Dimensionierung des Motors |708| bekannt. Die Grösse des Motors ist aber gegeben durch die Gleichung:

. . . . . 3)

und erhält man nun, diesen und den unter 2) angegebenen Wert in Gleichung 1) eingesetzt

. . . . . 4)

Hieraus lassen sich die Gleichungen der Kurven für P und v als Funktionen der Zeit entwickeln, und kann man für die einzelnen Sekunden die Geschwindigkeitsabnahme der Schwungmasse und die hierzu gehörige Kraftleistung des Motors in eine Kurve auftragen.

Hiermit wäre die Arbeitsperiode besprochen, und bleibt uns noch die Erholungsperiode. In dieser ist das Schwungrad durch den Motor wieder von der am Ende der Arbeitsperiode erreichten Geschwindigkeit v''' auf die Anfangsgeschwindigkeit v'' zu erhöhen. Der Motor muss also den konstanten Leerlaufswiderstand der Walzenstrasse P'''' und die Widerstandskraft P', welche die Trägheit der Schwungmasse der Beschleunigung entgegensetzt, überwinden. Aber auch hier gilt für jeden Augenblick die Gleichung

. . . . . . . 5)

In dieser Formel hat P' denselben Wert wie in der Gleichung 1) für die Arbeits- oder Walzperiode.

Für P erhält man eine ähnliche Gleichung wie unter 3), und zwar:

. . . . 6)

Die erhaltenen Werte in Gleichung 5) eingesetzt, ergibt

. . . . 7)

Hieraus können alsdann, wie für die Arbeitsperiode, die Gleichungen der Kurven für P und v bestimmt werden.

Nimmt man als maximale Leistung des Motors etwa die 1½fache normale Motorbeanspruchung an, und nimmt die Dauer der Arbeits- oder Walzperiode, sowie den Schlupf des Motors, also die Abnahme der Geschwindigkeit durch Wachsen der Belastung gleich gross, so ergibt sich, dass bei kurzen Pausen zwischen zwei Stichen, also bei geringer Erholungsperiode, ein Motor mit einer grossen Leistung und ein leichtes Schwungrad den Anforderungen des Betriebes genügt. Dagegen ersieht man, dass bei langen Ruhepausen zwischen zwei Stichen ein schwacher Motor und ein schweres Schwungrad gewählt werden muss.

Wird die Motorleistung und der Schlupf gleich gross angenommen, und die Dauer der Arbeitsperioden verschiedenartig gewählt, so findet man, dass die als konstant angenommenen genannten Grössen, sowie die aus der Kurve hervorgehenden erforderlichen Schwungmassen sich proportional mit der Dauer der Arbeitsperiode vergrössern, und somit für lange Arbeitszeiten grosse Schwungmassen und für die Erholungsperioden grössere Pausen benötigt werden.

Nimmt man an, dass die Dauer der Arbeitsperioden, sowie die Motorleistung gleich gross sind und der Schlupf verschiedenartig ist, so ergibt sich, dass die zugehörige Schwungmasse um so grösser wird, je weniger Schlüpfung zugelassen ist. Es sei noch bemerkt, dass man den Wirkungsgrad der Motoren in sehr weiten Grenzen als fast konstant annehmen darf, da derselbe höchstens nur bis auf etwa 0,85 sinken wird.

Aus obiger Betrachtung sind die Reversierwalzenstrassen ausgeschlossen, da dieselben ganz anderen Betriebsbedingungen unterworfen sind.

S. H.

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