Titel: Fortschritte im Bau elektrisch betriebener Fördermaschinen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1910, Band 325 (S. 673–676)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj325/ar325199

Fortschritte im Bau elektrisch betriebener Fördermaschinen.

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

(Schluß von S. 661 d. Bd.)

Eine bemerkenswerte Einrichtung bei dieser Förderanlage ist ferner die Signalsäule an der Hängebank. Diese Säule trägt ein Voltmeter, das die Spannung des Umformermotors, also auch dessen Umlaufzahl, anzeigt. Der Anschläger gibt erst dann das Fahrtsignal, wenn das Voltmeter die dem voll aufgeladenen Schwungrad entsprechende Spannung anzeigt.

Die Verständigung zwischen dem Anschläger an der Hängebank und dem Maschinisten geschieht durch Glocken- und Lampensignale. Am Teufenzeiger und an der Signalsäule befinden sich je drei korrespondierende farbige Glühlampen. Die Farbe der jeweils eingeschalteten Lampe zeigt an, ob Last-, Seil- oder Revisionsfahrt stattfinden soll. Der Lichtschalter wird von dem Anschläger bedient. Dieser legt auch mittels eines Magneten bei Seilfahrt einen Riegel in die Bahn des Steuerhebels ein, so daß dessen Ausschlag entsprechend der zulässigen Seilfahrtgeschwindigkeit von 4 m/Sek. kleiner ist.

Diese Fördermaschine mit ihren Einrichtungen hat sich im Betriebe gut bewährt. Messungen ergaben einen Nutzeffekt von 53 v. H. zwischen Dynamo im Kraftwerk und Schachtleistung. Der Energieaufwand für eine geförderte Tonne betrug 1,39 KW/std. Bei dem oben beschriebenen System kommt man mit kleineren Zwischenmaschinen aus; die Anschaffungskosten und auch die dauernden Verluste sind geringer.

Zweck und Ziel des Ilgner-Umformers ist, die Belastung des Kraftwerkes durch die Fördermaschine möglichst konstant zu halten. Da die Stromerzeuger dort aber eine konstante Spannung liefern, so kann man auch sagen, durch den Ilgner-Umformer wird der dem Kraftwerk entnommene Strom konstant gehalten. Das Vermittlungsglied zwischen Kraftwerk und Schwungrad-Umformer war bei dem oben beschriebenen System der Felten & Guilleaume Lahmeyerwerke die Zusatzmaschine ZM. Damit diese ihre Aufgabe erfüllen konnte, bedurfte sie indes eines selbsttätigen Regulators. Nun wäre es zweifellos ein recht erheblicher Vorteil, wenn dieser Regulator entbehrlich sein könnte, indem die Konstanthaltung des Netzstromes durch die Zusatzmaschine an sich geschähe. Diese müßte also eine Maschine für konstanten Strom sein, wie sie in neuerer Zeit auch für andere Zwecke, z.B. für Scheinwerfer, Zugbeleuchtung und Schweißzwecke, gebraucht wird. Hierfür haben nun die Feiten & Guilleaume Lahmeyerwerke einen Maschinentyp ausgebildet, der zuerst bei einer Fördermaschine auf der belgischen Grube Ougrée Marihaye Verwendung fand.4))

Fig. 6 zeigt das Schaltungsschema dieser Maschine. Es sind F die Fördermotoren, A die Anlaßdynamo, M der Umformermotor und Z die Zusatzdynamo. Letztere liegt nun wieder in Reihe mit dem Umformermotor M. Sie hat drei magnetische Felder: 1. das Hauptfeld J in Reihe mit der Ankerwicklung; 2. das Feld f mit Fremderregung; 3. das Nebenschlußfeld e mit Eigenerregung durch die Klemmenspannung der Maschine selbst. Das Hauptfeld J wird durch den Netzstrom erregt. Das Feld f ist nun durch den Nebenschlußregler r so eingestellt und so gerichtet, daß es das Hauptfeld J bei einem bestimmten, eben jenem konstant zu haltenden Wert des Netzstromes aufhebt; die Klemmenspannung der Zusatzdynamo ist mithin Null, das Aggregat läuft mit seiner mittleren Umlaufzahl.

Textabbildung Bd. 325, S. 673

Jedes Abweichen des Netzstromes von dem eingestellten Wert, würde für die Zusatzdynamo zusammen mit dem fremderregten Feld f ein resultierendes Feld ergeben. Die dadurch hervorgerufene Klemmenspannung erzeugt dann das selbsterregte Feld e, wobei der Netzstrom wieder auf seinen durch die Fremderregung f bestimmten Wert zurückgeht.

Das Kraftwerk liefert Gleichstrom von 500 Volt Spannung. Die Umlaufzahl des Umformers schwankt zwischen 500 und 350; diesen Umlaufzahlen entsprechen Spannungen von 660 und 440 Volt. Die Zusatzdynamo hat nun die Aufgabe, die Netzspannung bis um 160 Volt zu erhöhen und bis um 60 Volt zu vermindern.

Bei 500 Umdrehungen entsprechend 660 Volt Spannung an den Klemmen des Umformermotors M ist das Schwungrad S voll aufgeladen; es ist alles zur Förderung bereit.

Beim Anfahren der Fördermaschine sucht, sobald die Leistung größer wird, als dem aus dem Netz entnommenen Strom entspricht, dieser anzuwachsen, wodurch das Hauptfeld J in demselben Sinne beeinflußt wird. Die |674| Felder J und f ergeben nun ein resultierendes Feld, dem die Eigenerregung sofort nachfolgt mit der Wirkung, daß die Zusatzspannung kleiner wird, die Umlaufzahl sinkt und das Schwungrad durch Entladen seine Energie an die Umformerwelle abgibt.

Textabbildung Bd. 325, S. 674

Dieser Abfall der Umlaufzahl dauert solange, als die Leistung des Förderzuges größer ist, als dem eingestellten mittleren Netzstrom entspricht, denn so lange sucht sich der Netzstrom zu vergrößern, ohne daß er es infolge der Eigenschaften der Zusatzmaschine vermag. Fällt nun die Leistung der Fördermaschine unter den mittleren Wert, so hat der dem Kraftwerk entnommene Strom die Tendenz ebenfalls zu fallen und es entsteht eine dieser Tendenz entsprechend veränderliche Eigenerregung e von solcher Richtung und Größe, daß die Zusatzspannung, also auch die Umlaufzahl, wieder anwächst; das Schwungrad wird aufgeladen.

Ein Ueberschreiten einer höchsten Umlaufzahl wird dadurch verhindert, daß sich die Zusatzdynamo ihrer Sättigungsgrenze nähert; alsdann wächst ihre Spannung und damit auch die des Umformermotors nicht mehr wesentlich. Sofern nun kein neuer Förderzug beginnt, fällt die Stromaufnahme des Umformermotors schnell ab. Die erreichte höchste Umlaufzahl ändert sich auch dann nur wenig, wenn der Fördermotor von der niedergehenden Last angetrieben wird und als Dynamo Strom in das Netz schickt.

Die Fördermaschine in Ougrée-Marihaye ist eine Bobinenmaschine.5) Ihre Spitzenleistung steigt bis auf 2000 PS, während das Kraftwerk nur mit 500 PS konstant belastet ist. Das Schwungrad wiegt 30 t.

Aendert sich durch die Betriebsverhältnisse, z.B. geringere Last, geringere Fördergeschwindigkeit oder größere Pausen die mittlere Leistung der Förderanlage, so ist es natürlich auch wünschenswert, den dem Kraftwerk entnommenen Strom auf diesen Mittelwert einstellen zu können. Dies geschieht durch den Nebenschlußregler r (Fig. 6), mit dem die Fremderregung sich ändern läßt. Dieser Fremderregung proportional ist dann der dem Kraftwerk entnommene Strom.

Gleichstromkraftwerke ermöglichen es auch, anstatt Schwungmassen nach dem System Ilgner eine Batterie als Belastungsausgleich zu verwenden. Ein solches System ist von Pirani ausgearbeitet worden und wird auch nach diesem benannt.

Fig. 7 zeigt das Schaltungsschema einer Förderanlage nach dem Vorbilde von Pirani, wie es die Siemens-Schuckertwerke für den Ottiliae-Schacht in Klaustal ausgeführt haben. Die Anlage besteht aus drei Teilen, der Fördermaschine, dem Anlaßaggregat und der Pufferbatterie. Die Daten der Fördermaschine sind folgende:

Schachtteufe 570 m
Nutzlast 1500 kg
Gesamte Seilbelastung ohne Seilgewicht 5260

Geschwindigkeiten
Lastfahrt
Seilfahrt
Revisionsfahrt
10
4
0,1
m/Sek.

System: Koepe-Scheibe 3,5 m ⌀ mit Unterseil Seil: Durchmesser 34 mm; Gewicht 4,5 kg/m.

Der Fördermotor ist wie üblich unmittelbar mit der Koepe-Scheibe gekuppelt. Seine Umlaufzahl beträgt bei 10 m sekundlicher Fördergeschwindigkeit 55 i. d. Min. Das Anlassen und die Geschwindigkeitsregelung des Motors geschieht auch hier nach dem System Leonard durch Spannungsänderung an der Anlaßdynamo. Die Betätigung der Bremse geschieht durch Druckluft. Sie dient für gewöhnlich nur zum völligen Stillsetzen der Maschine, nachdem der weitaus größte Teil des Arbeitsvermögens der bewegten Massen durch elektrische Bremsung des Fördermotors vernichtet oder in elektrische Energie umgewandelt ins Netz zurückgeschickt worden ist. Nur in Gefahrfällen, z.B. beim Uebertreiben über die Hängebank, wird das Bremsgewicht vom Teufenzeiger selbsttätig ausgelöst, um die Fördermaschine durch Einfallen der Bremse schnell stillzusetzen. Beim Einfallen der Bremse wird hierbei durch einen Schalter auch der Fördermotor stromlos gemacht. Der Teufenzeiger mit Sicherheitsapparat der Siemens-Schuckertwerke ist schon früher in dieser Zeitschrift beschrieben worden; D. p. J. 1909, S. 225.

Textabbildung Bd. 325, S. 674

Auf der Welle des Anlaßaggregates sitzen nach Fig. 7 die Anlaßdynamo, der Umformermotor und die Hilfsdynamo. Fig. 8 zeigt eine photographische Aufnahme des Umformers.

|675|

Zu jeder der drei Maschinen gehört ein Nebenschlußregulierwiderstand NRW. Derjenige der Anlaßdynamo wird durch den Steuerhebel St betätigt.

Der Hilfsdynamo fällt nun die Aufgabe zu, die Batterie je nach dem Arbeitsverbrauch des Förder- bezw. Umformermotors zum Entladen oder Laden zu veranlassen und zwar so, daß das Kraftwerk durch die Fördermaschine annähernd konstant mit dem mittleren Kraftverbrauch letzterer belastet wird. Die Klemmenspannung der Hilfsdynamo muß daher in Abhängigkeit von der Stromaufnahme des Umformermotors gebracht werden.

Textabbildung Bd. 325, S. 675

Fig. 9 zeigt den Energieverbrauch des Umformermotors während eines Förderzuges. Batterie und Hilfsdynamo sind hintereinander geschaltet. Die Magnetpole letzterer tragen zwei Wicklungen; durch die stark aus gezogene fließt der veränderliche Ankerstrom des Umformermotors, durch die schwach ausgezogene ein durch den Nebenschluß-Regulierwiderstand NRW einstellbarer sonst aber unveränderlicher Strom aus dem Netz. Die durch letztere erzeugte Ankerspannung beträgt etwa 20 bis 3° v. H., der höchsten durch die erstere erzeugten. Das Feld und damit auch die Ankerspannung der Hilfsdynamo wird also nach Stärke und Achtung durch den Umformermotor beeinflußt. Steigt nun die Stromentnahme aus dem Netz über einen mittleren konstant zu haltenden Wert, soll die Batterie den Mehrbedarf hergeben. Damit diese sich nun entladen kann, muß die Summe der Spannungen von Batterie und Hilfsdynamo größer sein als die Netzspannung; die Zellenzahl und die Hilfsdynamo sind danach bemessen.

Sinkt dagegen die Stromentnahme unter jenen mittleren Wert, so überwiegt die Netzspannung und die Batterie nimmt den Ueberschuß auf, indem sie sich lädt. Beim Bremsen und beim Einhängen von Lasten, wo der Fördermotor von den bewegten Massen bezw. von der niedergehenden Last angetrieben wird, arbeitet er stromerzeugend auf das Netz.

Abweichend von dem Belastungsausgleich durch Schwungmassen läuft bei Ausgleich durch Batterie der Umformer mit nahezu unveränderlicher Umlaufzahl, da der Antriebsmotor an der unveränderlichen Netzspannung liegt. Diese Eigenschaft des Batterieausgleichs ermöglicht es auch, den kostspieligen Zwischenmaschinensatz, den Umformer, fortzulassen, indem die Steuerdynamo unmittelbar von der Kraftmaschine angetrieben wird. Die Anschaffungskosten werden dadurch erheblich geringer. Da die Umlaufzahl der Kraftmaschine durch die Fördermaschine infolge des Belastungsausgleichs wenig beeinflußt wird, so kann sie zugleich noch andere Generatoren für Licht und Kraft antreiben.

Textabbildung Bd. 325, S. 675

Eine derartige Anlage ist von den Siemens-Schuckertwerken nach ihren eigenen und den Patenten des Ingenieurs Iffland in Dortmund für die Kaliwerke Friedrichshall in Sehnde bei Hannover ausgeführt worden.

Die Hauptdaten der Fördermaschine sind folgende:

Teufe gegenwärtig
später
500
900
m
Nutzlast 3000 kg
Seilbelastung ohne Seilgewicht 8225
Geschwindigkeit bei Last- und Seilfahrt 10 m/Sek.
Stündliche Leistung 75 t
System: Koepe-Scheibe 6 m ⌀ mit Unterseil
Seilgewicht 5,88 kg/m
Textabbildung Bd. 325, S. 675

Fig. 10 zeigt das Arbeitsdiagramm der Steuer- oder Anlaßdynamo während einer Förderperiode. Die Antriebsmaschine ist hier eine Tandemdampfmaschine. Auf |676| deren Kurbelwelle sitzt ferner die Pufferdynamo, die zum Aufladen der Batterie dient.

Damit die Batterie in der gewollten Weise als Ausgleichsmittel arbeitet, muß die Pufferdynamo in Beziehung zum jeweiligen Arbeitsverbrauch des Fördermotors, d.h. zu dessen Ankerstrom und Spannung gebracht werden. Die Vermittlerrolle übernimmt hier eine kleine Hilfsdynamo, die von der Fördermaschinenwelle mittels zweier Zahnradvorgelege (Uebersetzung 1 : 50) angetrieben wird.

Das Feld der Hilfsdynamo wird vom Ankerstrom des Fördermotors und das der Pufferdynamo durch den Ankerstrom der Hilfsdynamo erregt; außerdem besitzt jene noch ein unveränderliches Feld. Die Klemmenspannung der Hilfsdynamo hängt daher sowohl von dem Ankerstrom wie von der Umlaufzahl des Fördermotors ab. Letztere ist aber wiederum infolge der Leonard-Schaltung proportional der Ankerspannung. Die Erregung der Pufferdynamo und, da ja deren Umlaufzahl konstant sein soll, auch ihre Ankerspannung hängt mithin von dem Arbeitsverbrauch des Fördermotors oder mit Berücksichtigung der Verluste von dem der Steuerdynamo ab.

Die Puffermaschine arbeitet daher abwechselnd als Motor und als Dynamo. Liegt in Fig. 10 die Leistungskurve über der Linie der mittleren Leistung, dann wird die Puffermaschine mit Strom aus der Batterie gespeist und arbeitet als Motor die Dampfmaschine unterstützend auf die Kurbelwelle. Im anderen Falle arbeitet die Puffermaschine Strom erzeugend als Dynamo und lädt die Batterie wieder auf; diese nimmt dann die Mehrleistung der Dampfmaschine auf.

Messungen an der ausgeführten Anlage ergaben bei normaler Förderung Tourenschwankungen der Kurbelwelle bis ± 2 v. H. Diese geringen Abweichungen sind für jenen Betrieb noch zulässig. Die Spannung der Batterie ändert sich bei den einzelnen Zügen um 16 v. H.

Fig. 11 zeigt das Kraftwerk, Da der Energiebedarf in Kalibergwerken ein recht schwankender ist, so hat man, um auch bei niederen Belastungen mit günstigem Wirkungsgrade zu arbeiten, zwei Dampfmaschinen von verschiedener Größe aufgestellt. Beides sind Tandemmaschinen der Hannoverschen Maschinenfabrik vorm. G. Egestorff. Die größere leistet normal 900 PS, die kleinere 450 PS bei n = 107. Die Steuerdynamo und die Puffermaschine (in Fig. 11 in der Mitte) können durch ausrückbare Kupplungen sowohl mit der Kurbelwelle der größeren wie mit der der kleineren gekuppelt werden.

Jede der beiden Dampfmaschinen treibt ferner einen Drehstromgenerator von 450 bezw. 290 KW an. Es ist ferner noch eine Einzylindermaschine, die einen Drehstromgenerator von 160 KW antreibt vorhanden. Diese arbeitet in Fällen, wo die Förderung stillsteht und der Bedarf an Drehstromenergie gering ist.

Für Beleuchtungszwecke und für die Erregung der Drehstromgeneratoren wird mittels Drehstrom-Gleichstrom-Umformer, von denen drei vorhanden sind, Gleichstrom von 220 Volt Spannung erzeugt. Mittels des einen Umformers kann auch durch Strom aus der Batterie Drehstrom erzeugt werden, wenn sämtliche Dampfmaschinen stillstehen.

Soll die Batterie aufgeladen werden, während die Fördermaschine stillsteht, so wird die Steuerdynamo mit der Pufferdynamo hintereinander geschaltet.

Mit der voll aufgeladenen Batterie allein kann man ungefähr 23 Förderzüge, allerdings mit verminderter Geschwindigkeit, machen. Die Batterie befindet sich unter dem Schaltraum im Keller.

Textabbildung Bd. 325, S. 676

Fig. 12 zeigt die Fördermaschine mit dem Führerstande. Die kleine Hilfsdynamo befindet sich links von der Treibscheibe. Die Bremse wird durch Druckluft betätigt Teufenzeiger und die übrigen Einrichtungen sind die üblichen.

Als Belastungsausgleich ist eine Batterie einem Schwungrad in betriebstechnischer Hinsicht sicherlich überlegen, auch die aufzuspeichernde Energie wird im allgemeinen größer sein. Die Anschaffungskosten sowie die Kosten für die Instandhaltung, Verzinsung und A & J Schreibung sind jedoch bei einer Batterie höher als bei einem Schwungrad.

Eine Batterie wird also z.B. dort vorzuziehen sein, wo zeitweilig wie an Sonn- und Feiertagen nur gering Energiemengen gebraucht werden. Der Bedarf kann dann allein von der Batterie gedeckt werden, die Kesselanlage und die Kraftmaschinen können außer Betrieb sei.

Zu erwähnen ist noch, daß bei den Systemen, die als vermittelndes Glied zwischen Fördermotor und Batterie oder Schwungrad eine Hilfsdynamo haben, alle mit Relais arbeitenden selbsttätigen Reguliervorrichtungen fortfallen sie können deshalb ab betriebssicherer angesehen werden.

|673|

Vortrag von Ch. Kraemer auf der Jahresversammlung des Verbandes deutscher Elektrotechniker, Köln 1909.

|674|

D. p. J. 1909, S. 178.

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