Der gegenwärtige Stand des Fördermaschinenbaus mit besonderer Berücksichtigung des elektrischen Antriebes. Von Ingenieur K. Drews. (Schluß von S. 263 d. Bd.) Der gegenwärtige Stand des Fördermaschinenbaus mit besonderer Berücksichtigung des elektrischen Antriebes. Wie bei Besprechung der Gleichstromfördermaschinen dargelegt worden ist, wird der Steuerhebel bei negativer Belastung, d.h. beim Lastsenken in derselben Weise wie bei positiver betätigt und erfordert hierbei keine erhöhte Aufmerksamkeit. Der Fördermotor arbeitet dann unter dem Rücktrieb als Dynamo und schickt den erzeugten Strom in den Umformer; dessen Antriebsmotor wird entlastet und das Schwungrad nimmt die frei werdende Energie auf. Eine Last kann also ohne Zuhilfenahme der mechanischen Bremse mit beliebiger Geschwindigkeit gesenkt werden. Ebenso wird bei Lastenförderung durch elektrische Bremsung in der Verzögerungsperiode ein beträchtlicher Teil der Anfahrleistung wiedergewonnen. Wie liegen nun nach dieser Richtung hin die Verhältnisse bei Dampffordermaschinen? Eingehängte Lasten werden hier mittels der mechanischen Bremse oder durch Gegendampfgeben gesenkt; letzteres besonders stellt an die Geschicklichkeit und Aufmerksamkeit des Maschinisten sehr hohe Ansprüche. Das Gegendampfgeben ist in keiner Weise mit der elektrischen Bremsung zu vergleichen; die Senkgeschwindigkeit kann hier innerhalb weiter Grenzen so geregelt werden, daß die Last mit gleichförmiger Geschwindigkeit herabgeht. Beim Gegendampfgeben lassen sich die Verhältnisse überhaupt nicht vorher bestimmen; mit jeder Umdrehung ändern sie sich. Fig. 40Z.d.V.D.I. 1907, S. 1566. zeigt drei aufeinander folgende Gegendampfdiagramme, die an einer Zwillingsmaschine aufgenommen wurden. Man sieht die steigende Kompressionsspannung. In Fig. 41 sind dann die berechneten zugehörigen Tangentialdrücke für eine Viertelumdrehung dargestellt; sie veranschaulichen deutlich die immer wachsende Ungleichmäßigkeit des Drehmomentes, und zwar geschieht dies in ganz regelloser Weise. Der Maschinist muß also scharf aufpassen, daß die Maschine nicht zum Stillstand kommt oder gar ihre Drehrichtung umkehrt. Er muß gegebenenfalls für kurze Zeit Treibdampf geben. Gegendampf wird aber auch bei positiver Belastung, also bei Lastenförderung zur Abkürzung des Auslaufweges namentlich bei Trommelmaschinen, weniger bei Koepe-Maschinen gegeben. So wirkungsvoll dieses Mittel hierfür auch ist, es erhöht den Dampfverbrauch und erfordert eine sehr geschickte Handhabung des Steuerhebels. In der Z.d.V.D.I. 1907 S. 1565 beschreibt J. Iversen eine neue Regelungsvorrichtung der Bergwerksmaschinen-Gesellschaft „Atlas“ in Berlin. Diese Vorrichtung verfolgt den doppelten Zweck, einmal das Gegendampfgeben, dann das Ueberschreiten einer bestimmten Höchstgeschwindigkeit zu verhindern. Textabbildung Bd. 324, S. 273 Fig. 40. Gegendampfdiagramme. Textabbildung Bd. 324, S. 273 Fig. 41. Veränderlichkeit der Tangentialdrücke beim Gegendampfgeben. Beides wird erreicht durch Einwirken auf das Drosselventil und auf die Bremse, Die Bremswirkung ist von Null bis zu ihrem Höchstwert stufenweise regelbar. Bei überhängenden Lasten, d.h. beim Lastsenken wird die Bremse auf den Betrag angezogen, der noch gerade genügt, daß die Dampfmaschine positive Arbeit zu leisten hat. Die Bremse wird von dem Maschinisten betätigt; dies kann aber auch selbsttätig durch einen vom Teufenzeiger betätigten Fahrtregler geschehen, der durch Einwirken auf das Drosselventil und gegebenenfalls auf die Bremse, die Fördergeschwindigkeit regelt, und zwar unabhängig von der Belastung. Letzeres ist natürlich in betriebstechnischer Hinsicht ein großer Vorteil, ein Vorteil, der bisher nur der elektrischen Fördermaschine eigen war. Mit dieser Vorrichtung ist zugleich ein Anfahrregler verbunden, der das Anfahren nach falscher Richtung verhindert. Bezüglich der konstruktiven Ausgestaltung der ganzen Vorrichtung verweise ich auf die oben angezogene Quelle. Was nun die Rückgewinnung von Energie während der Verzögerungsperiode und beim Lastsenken betrifft, so sind in den letzten Jahren seitens der Dampfmaschinenkonstrukteure auch nach dieser Richtung Anstrengungen gemacht worden, der elektrischen Fördermaschine ein Gleichwertiges an die Seite zu stellen. Ein Mittel hierzu boten Stauvorrichtungen, wie sie bei Umkehrwalzenstraßen, deren Betriebsweise ja in mancher Beziehung Berührungspunkte mit derjenigen von Fördermaschinen hat, schon seit längerer Zeit verwandt werden. Textabbildung Bd. 324, S. 274 Fig. 42. Rohrleitung einer Zwillings-Tandem-Fördermaschine mit Stauschieber (Pat. Grunewald). A Gegebenenfalls zum Akkumulator und Niederdruckturbine. D Drosselschieber. F Frischdampfleitung. G Leitung zum Entweichen des Gegendruckes auf den Hochdruckkolben beim Anfahren. HD Hochdruckzylinder. ND Niederdruckzylinder. R Verbinder. r Sicherheitsventil. S Stauschieber. V Rückschlagventil; Bemerkg.: Bei der Stau-Nockensteuerung (Pat. Grunewald) fallen S, G, V u. F fort. Ein Aufsatz „Stau- und Regelvorrichtungen bei Dampffördermaschinen“ von Grunewald in der Z.d.V.D. 1. 1907, S. 1736 u.f. beschäftigt sich mit dieser Frage. Fig. 42 veranschaulicht das Prinzip der Stauvorrichtung für eine Verbundmaschine. Den Verkehr zwischen Hochdruckzylinder HD und Verbinder (Aufnehmer) R sowie zwischen diesem und dem Niederdruckzylinder ND vermittelte in von der Umsteuerwelle betätigter Kolbenschieber, der sog. Stauschieber S. In der Auslaufperiode und bei negativer Belastung, wo man sonst Gegendampf gibt, d.h. wo der eintretende Dampf und der Kolben sich gegeneinander bewegen, wirkt der Eintrittsdampf wohl weiter auf den Kolben ein, aber er wird stark gedrosselt; zugleich wird der Niederdruckzylinder vom Verbinder abgetrennt und der Abdampf des Hochdruckzylinders staut sich nun im Verbinder an, dessen Spannung schnell steigt Ueberschreitet die Verbinderspannung den Kesseldruck um etwa eine Atmosphäre, so gelangt der Dampf durch ein Sicherheitsrückschlagventil r in die Frischdampfleitung F, d.h. in den Kessel zurück. Die Wirkung einer Stauvorrichtung beruht also darauf, daß man am Hochdruckkolben eine Druckdifferenz schafft, die beim Auslauf der bewegten Massen verzögernd auf diese wirkt, bei negativer Belastung der überhängenden Last das Gleichgewicht hält, so daß sie mit gleichförmiger Geschwindigkeit niedergeht. Im Gegensatz zum Gegendampf geht der eintretende Dampf nicht verloren, sondern er wird zum größten Teil zurückgewonnen. Ein Teil des Arbeitsvermögens der bewegten Massen kann dabei in Dampfenergie umgewandelt und aufgespeichert werden, die dann in der Anfahrperiode nutzbringend verwandt wird. Der Gewinn besteht hauptsächlich darin, daß die Maschine schneller anläuft und daher die wirtschaftlichen höheren Expansionsgrade mehr zur Geltung kommen können. Beim Anfahren wirkt nämlich der im Verbinder aufgestaute Dampf auf den Niederdruckkolben; die Maschine entwickelt also gleich beim Anhub die größte Anzugskraft. Bei Zwillingsfördermaschinen ohne Verbundwirkung wird der Staudampf in den Kessel zurückgedrückt. Die Vorteile beim Anfahren sind natürlich hier nicht so groß wie bei Verbundmaschinen. Das Geschwindigkeitsdiagrarnm Fig. 43Die Figuren 42 und 43 sind mir von Herrn Regierungsbaumeister Grunewald freundlichst zur Verfügung gestellt worden. Fig. 43 zeigt das Versuchsergebnis mit Stauvorrichtung aus allerletzter Zeit. veranschaulicht den Gewinn durch die Stauung des Dampfes. Es bezieht sich auf eine Zwillings-Tandemmaschine mit Koepescheibe; die Teufe beträgt 714 m. Nach dem Diagramm liegen die Vorteile der Stauung in der großen Beschleunigung beim Anfahren, in der kräftigen Bremswirkung beim Auslauf und in dem geringeren Dampfverbrauch infolge kleinerer Zylinderfüllungen. Die Füllungsänderung geschieht selbsttätig durch einen Regler. Textabbildung Bd. 324, S. 274 Fig. 43. Geschwindigkeitsdiagramm für Koepescheibe, Teufe 714 m (bei Trommelmaschine Stau größer). Zeit- und Dampfersparnis; –––– Mit Stauschieber oder Nockensteuerung; – - – Ohne Stauschieber oder Nockensteuerung; - - - - Mit Zulassung von gedrosseltem Dampf; abcd Theoretisches Diagramm mit vollkommen freiem Auslauf. Selbstverständlich ist die Ersparnis an Zeit geringer, wenn die Maschine nicht frei ausläuft, sondern Gegendampf angewandt wird. Es soll hier gleich bemerkt werden, und in dem oben genannten Aufsatz wird dies ausdrücklich bestätigt, daß der Hauptzweck der Stauvorrichtung die genauere und sichere Führung der Maschine ist; denn im Gegensatz zu den Gegendampfdiagrammen (Fig. 40) nehmen die Staudiagramme einen regelmäßigen, vorher zu bestimmenden Verlauf. Von dem verausgabten Dampf wird nur der in der Stauperiode in die Zylinder gelangende mit einem kleinen Ueberschuß an Spannung zurückgewonnen. Die diesem Ueberschuß entsprechende Dampfwärme ist denn auch der – natürlich recht kleine – Teil, der als wirkliche Rückgewinnung der beim Anfahren aufgewandten Energie zu buchen ist. Es darf nämlich nicht vergessen werden, daß der in der Stauperiode eintretende Dampf mehr oder weniger stark gedrosselt wird, daß also ein Teil seiner Energie vor Eintritt in den Zylinder vernichtet wird. Wenn der Dampf durch die sich bewegenden Massen wieder auf die Kesselspannung komprimiert wird, so ist das also kein Gewinn, sondern nur eine Erstattung- der Auslagen. Es wäre daher ganz falsch, wollte man bei der Dampfmaschine von Energiegewinn in denselbem Sinne sprechen wie beim Elektromotor. Das ist eben der große Vorteil des letzteren, daß er ohne weiteres sowohl Stromverbraucher wie Stromerzeuger sein kann; von außen angetrieben verwandelt er mechanische Arbeit in elektrische. Der Dampfzylinder kann jedoch nicht zum Dampfkessel werden. Wohl könnte er zum Luftkompressor werden, aber dies kommt bei Fördermaschinen nicht in Betracht. Bei elektrischem Betrieb kann man in der Tat die von einer niedergehenden Last geleistete Arbeit zum größten Teil gewinnen. Es mag hier jedoch nicht unerwähnt bleiben, daß es nicht ganz richtig ist, wenn immer gesagt wird, der vom Fördermotor erzeugte Strom wird ins Netz zurückgeschickt. Man könnte dabei auf den Gedanken kommen, daß, wenn oft mit eingehängten Lasten gearbeitet wird, die elektrische Fördermaschine unmittelbar zur Stromversorgung mit herangezogen werden kann. Es wäre dies ja auch möglich, wenn das Kraftwerk Gleichstrom lieferte oder eine Pufferbatterie vorhanden wäre. In den meisten Fällen hat man es jedoch mit Drehstrom und Schwungradumformer zu tun. Die durch den Fördermotor gewonnene elektrische Energie gelangt also nicht ins Leitungsnetz, sondern sie entlastet das Kraftwerk nur bis auf den zum Leerlauf des Umformer-Drehstrommotors nötigen Strom und dient zum Aufladen des Schwungrades sowie zur Ueberwindung der Eigenwiderstände des Umformers. Hat das Schwungrad seine höchste Umlaufzahl erreicht, so muß der überschüssige Teil der erzeugten Energie durch die Bremse oder in Widerständen vernichtet werden. Solche Fälle, wie der hier angenommene, dürften in der Praxis jedoch recht selten vorkommen. Ueberblicken wir noch einmal die Entwicklung des Dampffördermaschinenbaues in den letzten Jahren, so kann man zugeben, daß auf diesem Gebiete sehr große Fortschritte sowohl in wirtschaftlicher wie in betriebstechnischer Hinsicht gemacht worden sind. Die höhere Wirtschaftlichkeit der modernen Zwillings-Tandemmaschinen gegenüber der älteren Zwillingsmaschine veranschaulichen die beiden Diagramme (Fig. 44 u. 45). In Fig. 45 leistet 1 kg Dampf 16600 m/kg, in Fig. 44 62300 m/kgAd. Wallichs:„Dampffördermaschinen oder elektrische Fördermaschinen.“ Z.d.V.d.I. 1907.. Nach der betriebstechnischen Seite, namentlich was die Sicherheitsvorrichtungen und die Unabhängigkeit von besonderer Geschicklichkeit des Maschinisten betrifft, ist der anfängliche Abstand von der elektrischen Fördermaschine erheblich verringert worden, allerdings auf Kosten der Einfachheit. Sicherheitsvorrichtungen, die beim elektrischen Antrieb mit den einfachsten Mitteln zu erreichen sind und zumeist schon in der Natur des Elektromotors liegen, erfordern bei Dampfbetrieb ein recht verwickeltes System von Hebeln, Stangen, Anschlägen, Hilfsmotoren, Schiebern u. dergl., die nicht selten in dem Betriebsbeamten ein unbehagliches, Gefühl erwecken müssen. Die Teufenzeiger der A.E.G. und der Siemens-Schuckertwerke (Fig. 15, S. 194 und Fig. 25, S. 225) zeigen eine wahrhaft klassische Einfachheit gegenüber den Teufenzeigern, die in den beiden oben genannten Arbeiten in der Z.d.V.D.I. dargestellt sind. Textabbildung Bd. 324, S. 275 Fig. 44. Dampfdiagramm einer älteren Zwillingsfördermaschine. (1 kg Dampf leistet 62300 m/kg.) Textabbildung Bd. 324, S. 275 Fig. 45. Dampfdiagramm einer modernen Zwillings-Tandemfördermaschine. (1 kg Dampf leistet 16600 m/kg.) Es kann nicht geleugnet werden, daß die Dampffördermaschine selbst in ihrer vollkommensten Gestalt einen sehr schweren Stand gegenüber ihrer Rivalin, der elektrischen Fördermaschine, hat, zumal jene am Ende ihrer Entwicklung steht, während dieser wenn nicht unbegrenzte, so doch noch recht viele bisher unbenutzte Möglichkeiten zu Gebote stehen. Bei Wasserkraft- oder Gasmaschinenzentralen dürften Dampffördermaschinen überhaupt nicht mehr in Frage kommen. Die beiden Firmen A.E.G. und Siemens-Schuckertwerke haben zusammen von 1902 bis 1908 allein für deutsche Gruben nicht weniger als 100 Hauptschacht-Fördermaschinen geliefert.