Die Verwendung von Druckluft bei elektrisch betriebenen Hebezeugen. Von Dr.-Ing. Franz Jordan. Die Verwendung von Druckluft bei elektrisch betriebenen Hebezeugen. Bei dem ungeheuren Aufschwung, den die Massenförderung von Gütern in dem letzten Jahrzehnt genommen hat, wollen die Forderungen nach Erhöhung der Leistungsfähigkeit unserer Transportmittel und Erniedrigung ihrer Anlage- und Betriebskosten nicht verstummen. Die moderne Technik hat diesen dringlichen Bedürfnissen gerecht zu werden gesucht und sich den weiteren Ausbau und die Vervollkommnung der wichtigsten Transportmittel, der Eisenbahnen und Schiffe, angelegen sein lassen. Dabei hat man aber nicht unterlassen dürfen, demjenigen Bindegliede zwischen den Bahnen und Schiffen Rechnung zu tragen, ohne dessen entsprechende Mitarbeit Störungen unvermeidlich wären. Das ist der Kran in seiner mannigfachen Form. Erfüllt er einerseits jene wichtige Aufgabe, das Umladen der Güter zwischen Schiff und Bahn und umgekehrt zu bewirken, so tritt er auch überall da in Tätigkeit, wo es sich, wie auf Lagerplätzen und in Werkstätten, um ein Versetzen von Lasten überhaupt handelt. Die Forderung nach grösserer Leistungsfähigkeit lässt sich bei ihnen um so schwerer erfüllen, als infolge beschränkter Raumverhältnisse immer nur einige Krane zum Verladen und Versetzen der Lasten verwandt werden können. Deshalb ist gerade hier auf geeigneten Antrieb und zweckentsprechende Konstruktion ganz besonderer Wert zu legen. Jetzt, wo die Frage der Wirtschaftlichkeit einer Anlage mehr denn je in den Vordergrund getreten ist, hat durchweg der elektrische Antrieb Eingang gefunden und sich im allgemeinen so vorzüglich bewährt, dass zur Zeit niemand an seine Beseitigung denken wird. I. Druckluftbremsung.D. R.-P. 138045. Den Elektromotoren ist es eigentümlich, dass sich bei ihnen je nach der Grosse des Drehmomentes auch die Grosse der Stromstärke einstellt und in dem Falle, dass die Bremse geschlossen ist, leicht durch das unzulässig hohe Drehmoment eine gefährliche Stromstärke für den Anker oder dessen Sicherung eintritt. Dieser Umstand macht es erforderlich, die Steuerung der mechanischen Bremse mit dem Anlasser zwangläufig zu verbinden. Man hat dies bei Laufkranen dadurch zu erreichen gesucht, dass man auf mechanischem Wege, nämlich mittels Seilzuges, die Bremse mit dem Anlasser in dem zur Katze relativ beweglichen Führerstande zwangläufig steuerte. Diese Massnahme ist schon wegen ihrer Umständlichkeit für die Praxis nicht empfehlenswert. Auch ist ein völliger Zwanglauf nie zu erreichen und deswegen die Verwendung dieser Methode bei Gleichstrommotoren ausgeschlossen, da nämlich infolge der bei ihnen sich einstellenden hohen Stromstärken der Anker bezw. dessen Sicherungen durchbrennen. Geschickter und glücklicher in der Lösung dieser Aufgabe waren die Elektrotechniker mit der Verwendung von Bremsmagneten, die mit dem Ein- oder Ausschalten die mechanische Bremse lüften oder schliessen, je nachdem ein Gewicht von ihnen angehoben oder fallen gelassen wird. So einfach und elegant diese erst wenige Jahre zurückliegende Lösung auch auf den ersten Blick erscheint, so zeigen sich doch in der Praxis bei den verschiedenen Arten von Bremsmagneten mancherlei Uebelstände. Bei Gleichstrom haben wir zwei Arten von Bremsmagneten zu unterscheiden: den Hauptstrom-Bremsmagneten, dessen Wicklung mit dem Anker in Reihe geschaltet ist, und den Nebenschluss-Bremsmagneten, der unmittelbar an die Pole des Stromführungsnetzes gelegt ist und dem Anker entsprechend parallel gesteuert wird. Bei Drehstrommotoren (richtiger Drehfeldmotoren) zieht man am vorteilhaftesten aus dem günstigen Umstände Nutzen, dass sie im stande sind, eine Ueberlastung des Motors bis zum Stillstand zu ertragen. An Stelle des Bremsmagneten tritt ein kleiner Motor, welcher das Gewicht zum Lüften der Bremse hochwindet und in der Schwebe hält, um es nachher bei Aufhören des Stromes zum Schliessen der Bremse herunterzulassen. Der Hauptstrom-Bremsmagnet hat sich überall da gut bewährt, wo die Ankerstromstärke nicht in weiten Grenzen schwankt, wie dies z.B. das an einem Laufkrane aufgenommene Diagramm bei dem Katzenfahrmotor erkennen lässt (Fig. 21). Die Selbstinduktion, welche durch Funkenbildung eine Zerstörung der Kontakte bewirkt, ist bei ihm verschwindend klein, und auch die Grosse seiner Wicklung fällt gering aus, weil der Anlaufstrom zum Beharrungsstrome ungefähr in demselben Verhältnisse steht, wie die Kräfte, welche zum Anheben und nachher zum Halten des Eisenkernes erforderlich sind. Bei den Hubwindwerken mit gutem Wirkungsgrade schwankt jedoch der Erregerstrom ungefähr zwischen dem 0,35 und 1,4 fachen Betrage seiner normalen Stärke; hier genügt der Minimalstrom nicht mehr, die Bremse gelüftet zu halten, und man muss daher notwendig zu grösseren Bremsmagnettypen greifen. Ganz ausgeschlossen aber ist die Anwendung eines Hauptstrom-Bremsmagneten, wenn das Senken der Last unter Ankerbremsung erfolgen soll; hier wird stets ein Augenblick eintreten, wo der Erregerstrom verschwindet, nämlich regelmässig dann, wenn der Anker weder treibend noch bremsend wirkt. Infolge dieses Umstandes muss man notgedrungen Nebenschluss-Bremsmagnete verwenden. Da bei ihnen aber die Stromstärke konstant ist, so kann nicht mehr wie bei den Hauptstrom-Bremsmagneten die zum Heben des Gewichtes erforderliche stärkere Magnetisierung durch den Anlaufstrom erzeugt werden, sondern nur durch eine grössere Ampère-Windungszahl. Seine Wicklung stellt sich daher schon in normalen Fällen unpraktisch gross und teuer, und nicht minder wächst sein Arbeitsverbrauch und seine Selbstinduktion, so dass sogar Elektrotechniker ihre Bedenken gegen eine weitere Vergrösserung der Bremsmagnete hegen, wie aus einem Aufsatze von Vogelsang, Oberingenieur der Helios-Elektrizitätsgesellschaft, in der Elektrotechnischen Zeitschrift, Jahrg. 1901, S. 175 hervorgeht. Solange bei Hebezeugen von geringer Hubgeschwindigkeit schnellaufende Motoren verwendet werden, erfüllen die gebräuchlichen Bremsmagnettypen die an sie gestellte Aufgabe, die Last in der Schwebe zu halten, nur unter Anwendung stark wirkender Bremsen; sobald aber zu langsamlaufenden Motoren grösserer Leistung und zu grösserer Fördergeschwindigkeit gegriffen wird, die eine geringere Uebersetzung zwischen Bremse und Lasthaken bedingen, muss man zu zwei Bremsmagneten greifen, ungeachtet ihres hohen Preises, ihres Arbeitsverbrauches und der Schwierigkeiten in ihrer Steuerung. Dies kann aber nur ein Notbehelf sein. Dass man aber zu langsamlaufenden Motoren bei solchem intermittierenden Betriebe, wie es der Kranbetrieb ist, übergehen wird, ist nur eine Frage der Zeit. Die Elektrotechnik hat bereits die Schwierigkeiten, die sich dem Bau von langsamlaufenden Motoren entgegenstellten, überwunden, und das Bestreben geht allgemein dahin, möglichst wenig Triebwerksteile zwischen Motor und Last zu haben. Dadurch wird nicht nur die ganze Konstruktion vereinfacht, sondern auch der Wirkungsgrad erhöht, und zwar geschieht dies durch Verminderung sowohl der Reibungsverluste, als vor allem der Energie, welche wir zur Beschleunigung der Triebwerksmassen aufwenden müssen. Diese, beim Anlaufen in den Massen sich aufspeichernde Energie können wir nicht nur nicht wiedergewinnen, sondern es wird uns sogar sehr schwer gemacht, sie beim Stoppen zu vernichten. Wie bedeutend der Unterschied in der Anlaufenergie eines schnell- und eines langsamlaufenden Motors von gleicher Leistung sein kann, zeigt folgender Vergleich der beiden 60 PS-Hauptstrommotoren K 22 und K 26 der Firma Siemens & Halske: Schnell-lau-fenderMotor Lang-samlau-fenderMotor Gewicht des Ankers in kg 490 700 Schwungmoment des Ankers    in kgm2   46   95 Umdrehungszahl i. d. Minute 600 300 Anlaufenergie in Watt-    Stunden   26   13 Wenn der Anker des langsamlaufenden Motors auch bedeutend schwerer ausfällt, als der des schnellaufenden, so ist der Einfluss des Gewichtes doch nur einfach proportional der Masse, während der Einfluss der Umdrehungszahl mit ihrem Quadrate wächst. In unserem Falle ist die Anlaufenergie des schnellaufenden Ankers doppelt so gross, als die des langsamlaufenden. Nicht geringere Bedeutung ist den Uebelständen beizumessen, die sich hieraus für das schnelle Anheben und Stillsetzen der Last ergeben. Einen wie erheblichen Beitrag zu den sogenannten Massenwiderständen gerade der Anker des Motors wegen seiner grossen Beschleunigung liefert, zeigt in lichtvoller Darstellung an der Hand von Diagrammen Professor Kammerer, Berlin, in seinem in der Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure veröffentlichten Aufsatze über Textabbildung Bd. 318, S. 594 Fig. 1. Hakengeschwindigkeiten; Fig. 2. Widerstände in Tonnen reducirt auf den Haken beim Heben und Senken des Leeren Hakens; Fig. 3. Energie-Diagramm für Heben u. Senken des Leeren Hakens; Fig. 4. Widerstände in Tonnen red. auf den Haken beim Senken von 10 t Lost; Fig. 5. Energie-Diagramm für Senken von 10 t Lost; Fig. 6. Widerstände in Tonnen red. auf den Haken beim Heben von 10 t Lost; Fig. 7. Energie-Diagramm für Heben von 10 t Lost; Fig. 8. Hakengeschwindigkeiten; Fig. 9. Widerstände in Tonnen reducirt auf den Haken beim Heben und Senken des Leeren Hakens; Fig. 10. Energie-Diagramm für Heben u. Senken des Leeren Hakens; Fig. 11. Widerstände in Tonnen reducirt auf den Haken beim Senken von 30 t Lost; Fig. 12. Energie-Diagramm für Senken von 30 t Lost; Fig. 13. Widerstände in Tonnen reducirt auf den Haken beim Heben von 30 t Lost; Fig. 14. Energie-Diagramme für Heben von 30 t Lost Textabbildung Bd. 318, S. 595 Fig. 15. Diagramm der Druckluftpressungen im Druckbehälter beim Heben und Senken von 30 t bzw. 10 t Lost; Fig. 16. Diagramm des Arbeitsverbrauchs der Druckluftbremsung; Fig. 17. Diagramm des Arbeitsverbrauchs der Magnetbremsung; Fig. 18 u. Fig. 19. Widerstandslinien und Flächen der Leistungsfähigkeit des 30 t u. 10 t-Windwerkes der Laufkranwinde auf Blatt III; Fig. 20. Diagramm für das Hubwerk; Fig. 21. Diagramme für das Kranfahrwerk Hebemaschinen der Weltausstellun in Paris 1900. Eine wesentliche Vergrösserung der schädlichen Massenwiderstände ergibt sich bei schnellaufenden Motoren noch durch die notwendige Rücksichtnahme auf geräuschlosen Gang der schnellumlaufenden Zahnräder; dieser kann nämlich nur durch zusätzlichen Materialaufwand, z.B. Ausfüttern der Radböden mit Kieselgur oder durch Verbleien der Zahnkränze, erreicht werden. Mit der Verwendung von Bremsmagneten ist ein unliebsamer Uebelstand verbunden: infolge der Fallenergie des Bremsgewichtes tritt im ersten Augenblick des Bremsens eine ganz plötzliche, unzulässig hohe Bremskraft ein, die einen bedenklichen Stoss im Triebwerke bewirkt. Verzichtet man auf den Einbau besonderer Schutzmittel, wie Puffer oder Dämpferpumpen, deren genaue Einstellung allerdings auf die Dauer Schwierigkeiten bereitet, so hat man mit all den schädlichen Folgen zu rechnen, welche ein Stoss sowohl für das Arbeiten des Krans, als auch für die Dauerhaftigkeit seiner Triebwerksteile mit sich bringt. Sehr häufig erfahren diese Stösse eine wesentliche Verstärkung dadurch, dass der Bremsmagnet infolge des remanenten Magnetismus im Eisenkerne und der bei Topfmagneten im Mantelgehäuse verlaufenden starken Wirbelströme bei der Stromunterbrechung die Bremse nicht sofort zu schliessen vermag. Der Zeitraum, während dessen die Last hierdurch fast völlig freigegeben ist und sich unzulässig hoch beschleunigt, wächst sehr an mit der Grosse der Magneten. Dem Verfasser ist ein Fall bekannt, in dem die Zeit des verspäteten Einfallens der Bremse drei Sekunden betrug, also Zeit genug, dass die Last und Triebwerksmassen so beschleunigt und bei dem Einfallen der Bremse ein so starker Stoss verursacht wurde, dass ein kräftig gehaltener Maschinenteil nach wenigen angestellten Versuchen einfach brach; nur einem günstigen Umstände war es zu danken, dass grösseres Unheil verhütet wurde. Genügen hiernach die Bremsmagnete kaum, das Triebwerk bei voller Last zu sperren, so sind sie völlig unzureichend, so schnell abzustoppen, wie es für ein sicheres und flottes Arbeiten des Kranes notwendig ist. Es wurde bereits oben ausgeführt, und aus den Diagrammen (Fig. 1-22) geht dies um so deutlicher hervor, welche erheblichen Energiemengen beim Stoppen vernichtet werden müssen. Um dieses schnell und dabei doch noch ohne Gefahr für die Festigkeit des Triebwerkes zu erreichen, ist die zwei- bis dreifache Bremskraft erforderlich, als mit Bremsmagneten zu erreichen steht. Man musste daher auf rein elektrischem Wege versuchen, diesem Uebel, das ebenso unrationell ist wie gefährlich sein kann, abzuhelfen. Bei Gleichstrom löst sich die Aufgabe in sehr einfacher Weise, indem man den Motor als Generator laufen lässt und je nach Abnahme seiner Umdrehungszahl aus seinem Ankerstromkreise stufenförmig Widerstand ausschaltet; bei Drehstrom dagegen ist dieses nicht möglich. Wohl vermag der Drehstrommotor unter Erregung des Feldes, im Sinne des Lastsenkens rotierend, die Last mit gleichförmiger Geschwindigkeit unter Zurückgewinnung der Energie zu senken, aber er gestattet nicht, die lebendige Kraft der Massen abzubremsen; als Generator arbeitet er nur, solange das Ankerfeld dem Drehfelde voreilt. Es bleibt mithin zum Abbremsen der Massen weiter nichts übrig, als Gegenstrom zu geben, d.h. das Drehfeld entgegengesetzt als Motor zu schalten. Dieses hat aber bei der fast 2 betragenden Schlüpfung grosse Stromstärken im Gefolge, und dadurch treten empfindliche Spannungsabfälle im Netze ein; ausserdem besteht hierbei der ausserordentlich grosse Nachteil, dass direkt der Kraftzentrale Energie entnommen wird, nur um bereits aufgewandte wieder zu vernichten; dies erniedrigt den Wirkungsgrad eines Kranes ganz bedeutend. Als Beispiel hierfür mag ein Versuch angeführt werden, der an einem Portalkrane für 4000 kg Last gemacht wurde. Der Hubmotor war ein 40 PS Drehstrommotor mit 720 Umdrehungen in der Minute, die Hubgeschwindigkeit betrug 0,4 m/Sek. und die Versuchslast 840 kg. Das Diagramm Fig. 22 veranschaulicht die Arbeitsverteilung. Allein um das Windwerk beim Heben einer Last von 840 kg zum Stillstand zu bringen, waren 31 Wattstunden aufzuwenden, also 35 v. H. der eigentlichen Hubarbeit; sicherlich ein ganz bedeutender Wert, der aber bei unbelastetem Haken noch erheblich überschritten wird. Unangenehm und störend ist ferner hierbei, dass der Kranführer grosse Aufmerksamkeit aufwenden muss, um rechtzeitig mit dem Steuerhebel in die Nullstellung zu kommen, weil sonst ein Senken der Last eintritt; dieser Umstand ist geeignet, in ihm das Gefühl der Unsicherheit zu wecken. Während das Senken der Last unter Schaltung des Gleichstrommotors als Dynamo auf Widerstände wegen der feinen Geschwindigkeitsregulierung und bei Drehstrommotoren wegen der Energierückgewinnung und der gleich-massigen, nicht überschreitbaren Senkgeschwindigkeit gerechtfertigt erscheint, ist dies nicht der Fall bei dem elektrischen Abbremsen des Nachlaufes und dem Stoppen der Last; hier würde eine genügend starke, nach beiden Richtungen hin wirkende, mechanische Bremse weit besser am Platze sein. Der Motor würde nicht unnötig angestrengt und erwärmt werden, und dadurch nicht seine Leistungsfähigkeit und seinen elektrischen Wirkungsgrad verringern; ausserdem würde sich die Bedienung der Steuerung wesentlich vereinfachen, und der Anlasser selbst würde durch weniger stark auftretendes Funken geschont werden. (Schluss folgt.)