Titel: Fortschritte im Bau elektrisch betriebener Fördermaschinen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1910, Band 325 (S. 657–661)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj325/ar325195

Fortschritte im Bau elektrisch betriebener Fördermaschinen.

Von K. Drews, Oberlehrer an der Kgl. höheren Maschinenbauschule in Posen.

In den Heften 11–18 des vorigen Jahrganges dieser Zeitschrift hatte ich mich bemüht, den Lesern darzustellen, wie man die Hauptschwierigkeiten, die sich anfänglich der erfolgreichen Anwendung des elektrischen Antriebes bei Hauptschachtfördermaschinen entgegenstellten, endgültig überwunden hat.

Bekanntlich waren es die hohen Anlaufstromstärken, deren Beherrschung der Elektrotechnik besondere Schwierigkeiten bereitete; und zwar einmal bezüglich der Anlaß- und Steuerapparate, dann bezüglich der Einwirkung auf das Kraftwerk.

Die Aufgabe, ein betriebssicheres und bequemes Anlassen des Fördermotors zu schaffen, wurde, wenigstens bei Gleichstrombetrieb, endgültig durch die Leonard-Schaltung1) gelöst.

Textabbildung Bd. 325, S. 657

Diese Schaltung setzt Nebenschlußmotoren voraus, und das Anlassen sowie die Geschwindigkeitsregelung geschieht nicht durch Vorschaltwiderstände im Ankerstromkreise, also durch Abdrosseln einer konstanten Spannung, sondern durch Veränderung der Spannung an den Klemmen des Stromerzeugers.

Die andere Aufgabe, die hohen Stromstöße beim Anlauf von dem Kraftwerk fern zu halten, ist wiederum in glücklicher Weise durch das Patent Ilgner2)), Schwungradumformer, gelöst worden.

Zwischen Fördermaschine und Kraftwerk schiebt sich hier ein Maschinensatz, meist ein Drehstrom – Gleichstrom – Umformer, mit einem Massenschwungrad ein. Die in letzterem aufgespeicherte Energie deckt den höheren Kraftbedarf beim Anfahren der Fördermaschine; wiederum nimmt es während des Beharrungszustandes, des Auslaufens und der Sturzpause die überschüssige Energie von dem Kraftwerk auf, so daß dieses in den gewöhnlichen Betriebszeiten von seiten der Fördermaschine nahezu konstant belastet ist, was besonders wertvoll ist, wenn die Stromerzeugung für Licht und Kraft vereinigt ist.

Das System Ilgner-Schwungradumformer mit Leonard-Schaltung eignet sich nun ganz besonders dann, wenn das Kraftwerk Drehstrom liefert. Da dies wenigstens auf größeren Gruben beinahe zur Regel geworden ist, so hat dieses Fördermaschinensystem denn auch die weiteste Verbreitung gefunden.

Erzeugt das Kraftwerk indes Gleichstrom oder wird der Strom für die Fördermotoren durch einen eigenen Generator erzeugt, so finden auch Abweichungen von dem ursprünglichen Ilgner-Verfahren statt; einige solcher Fälle sollen nun hier besprochen werden.

System der Felten-Guilleaume-Lahmeyerwerke, A.-G. Dieses System setzt ein Gleichstrom-Kraftwerk voraus. Seine Wirkungsweise möge an einem Ausführungsbeispiel und zwar an der Hauptschacht-Fördermaschine der Compagnie des Mines de Bouille de Ligny-les-Aire erläutert werden.

Die besonderen Kennzeichen des Systems F. G. L. sind folgende: Die Geschwindigkeitsregulierung des Fördermotors geschieht wie bei der Leonard-Schaltung mittels Spannungsänderung und zwar von Null bis zum doppelten der Netzspannung; der Netzstrom wird unmittelbar in den Fördermotor geleitet; die Belastungsschwankungen werden durch ein Schwungrad ausgeglichen, so daß das Kraftwerk im normalen Betriebe eine nahezu unveränderliche Belastung erfährt.

Fig. 1 zeigt das Schaltungsschema der oben genannten Anlage. Das Kraftwerk liefert Gleichstrom von 500 Volt Spannung; diese Stromart wurde gewählt, weil große Entfernungen, die hochgespannten Drehstrom rechtfertigen würden, nicht vorhanden sind.

F M sind die beiden Nebenschluß-Fördermotoren, von denen beim Anheben jeder 250 PS. im Beharrungszustand |658| 150 PS bei n = 38 leistet. Das Anlaß-Pufferaggregat, das in dem Kraftwerk aufgestellt ist, besteht aus dem Puffermotor PM, der Anlaßdynamo AM und der Zusatzdynamo ZM; sämtliche drei Maschinen sitzen auf derselben Welle, die auch das Ausgleichschwungrad trägt. Dieses mißt 2,8 m im Durchmesser, wiegt 6,5 t und erreicht eine höchste sekundliche Umfangsgeschwindigkeit von 75 m.

Der Puffermotor PM ist für eine höchste Stromstärke von 400 Amp. bei 450–640 Volt, die Anlaßdynamo AM für 400 Amp. bei 0–640 Volt und die Zusatzdynamo für 400 Amp. bei 0–113 Volt gebaut.

Wie das Schaltungsschema zeigt, sind AM und ZM hintereinander ans Netz gelegt, so daß + Sammelschiene, ZM, die beiden Fördermotoren FM, die Anlaßdynamo AM und – Sammelschiene einen geschlossenen Stromkreis bilden; die Fördermotoren erhalten mithin ohne Umformung den Netzstrom. Der Puffermotor P M ist mit den Fördermotoren F M parallel, mit der Zusatzdynamo Z M hintereinander geschaltet.

Die Feldwicklungen sämtlicher Maschinen liegen am Netz.

Um die Förderanlage in Betrieb zu setzen, wird zunächst das Anlaßaggregat im Kraftwerk angelassen und von dem Motor PM auf seine volle Umlaufzahl 500 gebracht. AM ist hierbei voll erregt und erzeugt eine Spannung gleich aber entgegengerichtet der Netzspannung, so daß an den Klemmen der Fördermotoren FM die Spannung Null herrscht. Das Ingangsetzen der Fördermaschine geschieht nun durch Beeinflussung der Spannung der Anlaßdynamo und zwar nach Größe und Richtung. Das Feld der Anlaßdynamo wird beim Anfahren allmählich geschwächt, so daß die Fördermotoren eine Spannung gleich dem Unterschied zwischen unveränderlicher Netz- und veränderlicher Dynamospannung erhalten. Ist das genannte Feld bis auf Null geschwächt, so stehen die Fördermotoren unter der vollen Netzspannung; dies entspricht der halben Fördergeschwindigkeit. Bei weiterem Vorrücken des Steuerhebels wird die Stromrichtung in der Feldwicklung umgekehrt und die Erregung allmählich wieder bis zu ihrem Höchstwert verstärkt. Nun addieren sich Netz- und Dynamospannung, bis sie als Höchstwert die doppelte Netzspannung erreichen; die Fördermaschine fährt dann mit voller Geschwindigkeit. Das Stillsetzen der Fördermaschine geschieht ebenfalls durch Spannungsänderung der Anlaßdynamo in umgekehrter Reihenfolge wie beim Anlassen.

Der Belastungsausgleich geschieht durch das Schwungrad des Anlaßaggregates und zwar so, daß das Kraftwerk von Seiten der Fördermaschine eine nahezu unveränderliche Belastung von 185 PS erfährt. Je nachdem die Fördermaschine weniger oder mehr als 185 PS verbraucht, nimmt das Schwungrad die überschüssige Energie auf oder gibt die aufgespeicherte an die Fördermaschine ab. Diese feine Aufgabe kann das Schwungrad nur durch Aenderung seiner Umlaufzahl erfüllen. Bei jedem vollen Förderzuge ändert sich die Umlaufzahl des Anlaßaggregates von 500 auf 350; der Abfall beträgt mithin 30 v. H. Die Zusatzdynamo ZM hat nun die Aufgabe, das Anlaßaggregat dem Willen des Schwungrades zu unterwerfen und zwar durch Beeinflussung der Klemmspannung des Puffermotors PM. Diese Beeinflussung geschieht selbsttätig durch den sogenannten Leistungsregulator R. Dieser besteht aus einer Magnetspule, deren Anker mit Hilfe eines vom Umformer angetriebenen Schaltwerkes den Nebenschlußregulator der Zusatzdynamo betätigt. Durch die Magnetspule geht der gesamte vom Kraftwerk kommende Strom.

Jeder Belastungsänderung des Anlaßaggregates wird auch zunächst eine Aenderung des dem Kraftwerk entnommenen Stromes entsprechen, dieser soll indeß, wie schon erwähnt, nahezu unveränderlich bleiben. Die Belastungsänderungen des Anlaßaggregates werden von dem Leistungsregulator sozusagen aufgefangen und bewirken nur Stromimpulse in dessen Magnetspule.

Sucht der Strom beim Anfahren der Fördermotoren zu wachsen, so bewirkt der auftretende Stromimpuls in der Magnetspule eine Betätigung des Nebenschlußregulators in dem Sinne, daß Ankerspannung der Zusatzdynamo und Netzspannung sich subtrahieren. Der Puffermotor erhält also nur die Differenz beider Spannungen, er beginnt langsamer zu laufen, wie es sein muß, wenn das Schwungrad seine Energie an die Anlaßmaschine abgeben soll.

Sinkt dagegen die Stromaufnahme des Puffermotors unter einen mittleren Wert, so wird die Erregung der Zusatzdynamo durch den Leistungsregulator R in einem solchen Sinne beeinflußt, daß deren Klemmenspannung sich zur Netzspannung addiert. Die Umlaufzahl des Anlaßaggregates steigt nun über ihren mittleren Wert; der Ueberschuß des Netzstromes dient dabei zur Aufladung des Schwungrades.

Die höchste von der Zusatzdynamo erzeugte Spannung beträgt ± 15 v. H. der Netzspannung; der Tourenabfall des Schwungrades beträgt daher, wie schon oben erwähnt, 30 v. H.

Die Größe der Fördermotoren wurde nach dem Leistungsdiagramm (Fig. 2) bestimmt. Bei einem Wirkungsgrade von 0,9 beträgt danach beim Anfahren die Gesamtleistung beider Motoren 510/0,9 = 570 PS. Das Kraftwerk kann indes für die Fördermaschine nur höchstens 300 PS abgegeben, der Mehrbedarf an Leistung muß also durch die Energie der Umformer-Schwungmassen gedeckt werden.

Textabbildung Bd. 325, S. 658

Zur Erläuterung der Leistungsfähigkeit, der Konstruktion und der Betriebsweise der Förderanlage mögen folgende Angaben dienen:

Die Teufe soll 400 m betragen; vorläufig wird indes erst aus 270 m und 209 m Zwischensohle gefördert.

Die höchste Fördergeschwindigkeit beträgt 9,4 m i. d. Sek. Wie Fig. 2 zeigt, sinkt sie während der Beharrungsperiode auf 6,6 m. Dieser Abfall hat seinen. Grund darin, daß die konstante Kraftabgabe der Zentrale auf einen solchen Wert eingestellt ist, daß auch noch während der Beharrung eine Entladung des Schwungrades, d.h. eine Verminderung seiner Umlaufzahl und damit ein Spannungsabfall im Stromkreis der Fördermotoren stattfinden muß. Nach dem Schaubild (Fig. 2) wird die Höchstgeschwindigkeit in 12 Sekunden erreicht; die Beharrungsperiode dauert 41, der Auslauf 5, die Förderpause 17 Sekunden. Die Zeit für einen Förderzug beträgt mithin 75 Sekunden und in einer Stunde können bis zu 48 Züge gemacht werden. Mit jedem Zuge werden 2200 kg Kohle in vier Wagen zu je 260 kg Eigengewicht gefördert, so daß eine Stundenleistung von 105 t Kohle aus 400 m Teufe erreicht werden kann. Da der Förderkorb 3200 kg wiegt, so beträgt die Seilbelastung an der Aufhängung 6440 kg.

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Das Förderseil ist ein rundes Stahldrahtseil von 36 mm ⌀ und 75000 kg Bruchbelastung. Bei einer hängenden Länge von 287,5 m wiegt es 1240 kg; die Rechnung ergibt also eine neunfache Sicherheit an der Treibscheibe. Der Seilausgleich geschieht durch Unterseil, ein Stahlflachseil 90 × 18 mm, mit 4,3 kg Eigengewicht für den lfd. m. Die Fördermaschine arbeitet mit Koepe-Treibscheibe (D. p. J. 1900, S. 177 Fig. 4), deren Durchmesser 4 m beträgt. Abweichend von der gewöhnlichen Anordnung der Fördermaschine in einem Hause zu ebener Erde, ist sie hier unmittelbar über dem Schacht auf dem Förderturm selbst, der sonst nur die Leitscheibe aufnimmt, untergebracht; Fig. 3 und 4 zeigen den Aufbau. Eine Plattform, 21 m über der Schachtöffnung, nimmt die Fördermaschine auf. Der Maschinenraum entölt auch einen elektrischen Laufkran von 10 t Tragkraft, essen Fahrbahn außerhalb der Umwandung konsolartig fortgesetzt ist, so daß der Lasthaken Stücke von unten in den Maschinenraum oder auch umgekehrt fördern kann (Fig. 4).

Textabbildung Bd. 325, S. 659

Der Einbau der Fördermaschine in den Förderturm ist in neuerer Zeit mehrfach ausgeführt worden, z.B. auf der Grube Deutschland bei Swientochlowitz; diese Anordnung ist ja eigentlich auch das Gegebene; sie läßt sich jedoch wieder nur bei elektrischen Fördermaschinen verwirklichen, ohne daß der Turm zu schwer ausfällt. Außer Ersparnissen an Raum und Fundamenten erlangt man auch noch den Vorteil eines größeren Umschlingungswinkels an der Treibscheibe, wodurch bekanntlich die Seilreibung erhöht wird; dies gestattet wiederum ein sichereres Manövrieren. Unter der Maschinenstube befindet sich eine zweite Plattform, die die Lager der Leitrolle und die Steuerapparate aufnimmt. Der Förderturm mit allen auf ihm befindlichen Teilen wiegt 135 t.

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Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht der Fördermaschine. Die Anker der beiden Motoren sind fliegend auf den Wellenstümpfen angeordnet. Die Fördermaschine besitzt eine Manövrier- und eine Notbremse. Erstere wird nicht wie sonst üblich durch Druckluft oder Dampf, sondern durch einen Elektromagneten (Fig. 5 im Schnitt) betätigt. Die Bremsbacken legen sich gegen die Bremsringe an der Treibscheibe; sie sind für gewöhnlich durch ein Gewicht, das sich aus dem Magnetanker nebst Gestänge und einem Zusatzgewicht zusammensetzt, festgezogen. Soll gefahren werden, so wird der Magnet mittels eines Schalters erregt, worauf das Bremsgewicht angehoben und die Treibscheibe freigegeben wird. Die Betätigung des Schalters geschieht durch den Führer mittels eines Handhebels. Der Magnet besitzt eine Zugkraft von 800 kg; sein Hub beträgt 600 mm. Zwischen Magnetanker und Bremsbacken besteht eine Uebersetzung von 1 : 24. Unter Berücksichtigung eines Wirkungsgrades von 0,8 des Gestänges beträgt mithin der gesamte Bremsdruck am Umfang der Treibscheibe 15400 kg.

Textabbildung Bd. 325, S. 660

Damit die Fördermotoren nicht gegen die festgezogene Bremse arbeiten können, ist der Hauptsteuerhebel mit dem Bremshebel so verriegelt, daß sich jener aus seiner Nullstellung nur um soviel frei bewegen läßt, um den Fördermotoren einen Strom zu geben, der der Nutzlast gerade das Gleichgewicht hält. Erst wenn der Führer nun auch den Bremshebel betätigt, kann der Steuerhebel weiter ausgelegt werden. Versagt einmal der Bremsmagnet, so kann das Bremsgewicht durch eine Handwinde mit Sicherheitskurbel angehoben werden.

Bei Notbremsung werden die Fördermotoren über Widerstände kurzgeschlossen. Das Abschalten der Widerstände bis zum vollen Kurzschluß der Anker geschieht selbsttätig. Gleichzeitig wird der Bremshebel in Bremsstellung und der Steuerhebel in Nullstellung geführt. Notbremsung tritt ein, wenn der Förderkorb die Hängebank |661| um 0,5 m überfahren hat, wenn der Maschinist selbst den Notschalter auslöst und bei starken Ueberlastungen durch Vermittlung eines Relais.

Da die Fördermotoren Nebenschlußmotoren sind, so entspricht jeder Stellung des Steuerhebels eine ganz bestimmte Fördergeschwindigkeit, nahezu unabhängig von der Belastung; diese vorteilhafte Eigenschaft der elektrischen Fördermaschine erleichtert sehr wesentlich die Führung der Maschine und erhöht die Betriebssicherheit, da die einmal festgelegte Höchstgeschwindigkeit nicht überschritten werden kann.

Der Teufenzeiger betätigt auch hier die Retardierung.3)) Mittels dieser wird gegen Ende eines Zuges der Steuerhebel allmählich in seine Nullstellung geführt, wenn dies der Führer unterlassen oder auch nur zu langsam ausführen sollte. Auch der oben erwähnte Schalter für die Notbremsung wird von dem Teufenzeiger betätigt.

Wie Fig. 5 zeigt, wird der Teufenzeiger mittels Kegelräderübersetzung von der Leitscheibe angetrieben.

An weiteren Sicherheitsvorrichtungen sind noch vorhanden: im Stromkreis der Fördermotoren ein Maximalrelais m (Fig. 1), das bei Ueberlastung der Motoren ein Zeitrelais im Kraftwerk betätigt. Dauert die Ueberlastung mehrere Sekunden, so löst das Zeitrelais den in der Erregung liegenden Maximal- und Minimalausschalter a2 und a3 aus, wodurch die Fördermaschine zum Stillstand kommt. Das gleiche geschieht, wenn die Erregung des Anlaßaggregates oder der Fördermotoren aus irgend einem Grunde unterbrochen wird.

(Schluß folgt.)

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D. p. J. 1909, S. 162.

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D. p. J. 1909, S. 163.

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D. p. J. 1909, S. 193 u. f.

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