Neuerungen aus einigen Gebieten der Starkstromtechnik. Von Regierungsrat Dr. K. Kahle, Charlottenburg. (Fortsetzung von S. 41 d. Bd.) Neuerungen aus einigen Gebieten der Starkstromtechnik. II. Regelungs- und Sicherheitsvorrichtungen. Anlaßvorrichtungen. Anlaß- und Regelungsvorrichtungen gibt es in den verschiedensten Ausführungen. Jede Fabrik hat ihre eigenen Modelle, die sich nur in baulicher Hinsicht voneinander unterscheiden. In dem Maße, in dem sich der elektrische Antrieb immer größere Gebiete erobert, wächst auch die Zahl der Ausführungen, da jeder Antrieb besondere Eigentümlichkeiten aufweist und besondere Anforderungen in der Art des Anlassens der Arbeitsmaschine stellt. Meistens kommt es darauf an, die Arbeitsmaschine und auch den Elektromotor vor plötzlichen Stößen und vor Ueberlastung zu schützen. Die große Zahl der diesen Bedingungen genügenden Anlasser ist in letzter Zeit durch eine neue Ausführungsform der Felten & Guilleaume-Lahmeyer-Werke vergrößert worden. Textabbildung Bd. 323, S. 56 Fig. 34.Schematische Darstellung eines Anlassers für langsame Einschaltung. Fig. 34 zeigt die schematische Darstellung eines solchen Anlassers. Der Winkelhebel a ist auf dem Zapfen b drehbar gelagert und trägt an dem einen Ende den Handgriff c, an dem anderen eine Sperrklinke g mit Feder h. Exzentrisch zu diesem Winkelhebel ist der Kontakthebel d auf dem Zapfen e drehbar gelagert. Mit dem Kontakthebel d ist ein Zahnsegment f starr verbunden, dessen Zahnkreis x zu e konzentrisch ist. Die Wirkungsweise des Apparates ist, wenn der Kontakthebel d in der Anfangsstellung, also auf Kontakt 1 steht, folgende: Der Winkelhebel a wird mittels des Handgriffes c aus seiner äußersten rechten Stellung, in der er gegen den Anschlag k anliegt, so weit nach links gedreht, bis er mit seinem Nocken l an den Kontakthebel d stößt, und alsdann wieder nach rechts zurückgedreht. Die Drehpunkte b und e beider Hebel sind nun so angeordnet, daß beim Zurückbewegen des Winkelhebels dessen Sperrklinke g erst kurz vor Erreichung der rechten Endstellung mit dem Zahn 2 des Segments in Eingriff kommt und den Kontakthebel d bei der Weiterbewegung des Winkelhebels bis zum Anschlag k nur bis zum Kontakt 2 mitnimmt. Um den Kontakthebel auf Kontakt 3 zu bringen, muß der Winkelhebel a von neuem nach links bewegt werden und bringt beim Zurückbewegen nach rechts mit der Sperrklinke, die jetzt in Zahn 3 eingreift, den Kontakthebel auf Kontakt 3. Um also den Kontakthebel von der Anfangsstellung in die Endstellung zu bringen, muß das Hin- und Herbewegen des Winkelhebels so oft wiederholt werden, als Kontaktstufen vorhanden sind. Beim Ausschalten wird dagegen der Handhebel nur links umgelegt und nimmt dabei mittels des Nocken l den Kontakthebel d bis in die Anfangsstellung in einem Zuge mit, ohne daß ein mehrmaliges Hin- und Herbewegen nötig wäre. Die praktische Ausführung eines solchen Anlassers für Gleichstrom mit zweipoligem Hauptschalter zeigt Fig. 35; in dieser Form wird er für Leistungen von ¼ bis 17 PS gebaut. Vielfach wird die Einschaltung des Motors dadurch gänzlich unabhängig von der Hand des Bedienenden gemacht, daß nach Schließen eines Schalters, z.B. durch Druck auf einen Knopf, ein Motor, ein Solenoid oder eine Reihe voneinander abhängiger Relais eingeschaltet wird, die ein allmähliches Abschalten der Widerstandsstufen bewirken. Solche selbsttätige Motor- oder Relaisanlasser sind hauptsächlich im Aufzugsbetriebe gebräuchlich und erfordern eine große Anzahl empfindlicher Teile. Textabbildung Bd. 323, S. 57 Fig. 35.Anlasser für Gleichstrom mit zweipoligem Hauptschalter. KallmannElektrot. Zeitschr. 1907, S. 485, 518. hat den mechanischen Teil dieser selbsttätigen Anlasser dadurch zu vereinfachen versucht, daß er in ihnen selbst veränderliche Widerstände benutzt, die während der Einschaltperiode selbsttätig ihren Widerstand erniedrigen und daher garnicht oder doch im geringeren Maße in abschaltbare Stufen unterteilt zu werden brauchen, wie die bisher üblichen Anlaßwiderstände. Es liege nahe hierzu Widerstände mit hohem negativen Temperaturkoeffizienten, wie Kohle und Leiter zweiter Klasse, zu benutzen. Diese Körper ändern sich jedoch für den vorliegenden Zweck nicht genügend oder besitzen nicht die erforderliche Beständigkeit. Kallmann schlägt daher gerade den entgegengesetzten Weg ein und benutzt Widerstände mit hohem positiven Temperaturkoeffizienten, die im Augenblicke des Einschaltens hoch erhitzt werden und bei der zufolge des Anlaufens des Motors abfallenden Stromstärke sich abkühlen, besser leitend werden und damit im Sinne der Konstanthaltung der Stromstärke wirken. Um den Vorgang an einem idealen Beispiele zu erläutern, denken wir uns einmal einen Motor in Reihe mit einem Widerstand von hohen positiven Temperaturkoeffizienten. Im Augenblicke des Einschaltens übt der Motor eine elektromotorische Gegenkraft nicht aus, der Widerstand nimmt die gesamte Energie auf und erhitzt sich dabei hoch, etwa auf Rotglut. Während dieses Vorganges, der sich in einem Bruchteil einer Sekunde abspielt, setzt sich der Motor allmählich in Gang, entwickelt eine geringe elektromotorische Kraft, und schützt dadurch den Widerstand vor dem Durchbrennen. In dem Maße, in dem die Geschwindigkeit des Motors steigt, verschiebt sich die Energie von dem Widerstände auf den Motor, und es wäre unter Annahme eines sich sprungweise ändernden Widerstandes theoretisch denkbar, daß sich dieser Vorgang nur unter ganz geringfügiger Aenderung der Stromstärke, im wesentlichen nur unter Verschiebung der Spannung vom Widerstände auf den Motor vollzöge. Damit wäre ein ideales Anlaßverfahren gewonnen, das gestattete, vom Augenblicke des Einschaltens an den Motor während der ganzen Anlaßperiode mit dem normalen Strom zu speisen. Diesem Ideale sucht Kallmann durch Benutzung der zum Schütze der Nernst- Lampen gebräuchlichen hocherhitzten Eisenwiderstände, die sich in einer Atmosphäre eines indifferenten Gases, wie Stickstoff, befinden, nachzukommen. Fig. 36 stellt die Charakteristik dieser „Variationswiderstände“ dar, d.h. die Beziehung zwischen der Stromstärke und der Spannung an den Enden des Widerstandes. Während der Anlaßperiode befindet sich der Widerstand auf der durch den senkrechten Teil der Charakteristik bezeichneten kritischen Temperatur (etwa Rotglut), wo ohne wesentliche Aenderung der Stromstärke die Spannung an den Enden des Widerstandes auf den vierten Teil sinken und der Rest im Falle der Vorschaltung eines Motors auf diesen übergehen kann. Textabbildung Bd. 323, S. 57 Fig. 36.Charakteristik der Variationswiderstände. Um den Eisenwiderständen diese Eigenschaft zu verleihen, sind sie so zu bemessen, daß sie nur geringe Wärmekapazität besitzen, d.h. daß die in ihnen beim Einschalten entwickelte Stromstärke eine augenblickliche Erhitzung bewirkt. Die Widerstandsdrähte sind daher dünn zu wählen und in Glasgefäße einzuschließen, die behufs Verringerung der Wärmeabgabe am besten ganz oder doch wenigstens teilweise zu evakuieren sind. Widerstände für stärkeren Strom werden aus dem gleichen Grunde aus mehreren parallel geschalteten dünnen Drähten gebildet. Die Eigenschaft dieser Widerstände, zunächst die Spannung aufzunehmen und sie dann an den Motor abzugeben, bezeichnet Kallmann als Elastizität der Variationswiderstände. Man hat es nun in der Hand, diese Elastizität durch die Abmessungen der Drähte, durch die Höhe des Luftdrucks in den Glasgefäßen und durch Vorschaltung von gewöhnlichen Widerständen den Betriebsbedingungen des Motors anzupassen. Textabbildung Bd. 323, S. 57 Fig. 37.Variationsanlasser (offen). Eine völlig selbsttätige Einschaltung der Motoren scheint sich aber doch nicht mit den Variationswiderständen allein bewirken zu lassen, dann würde während des Betriebes nutzlos Energie vorgehen. Kallmann wendet daher in Verbindung mit ihnen die für gewöhnliche Widerstände bekannten Relaisschaltungen an, behält dann aber immer noch den Vorteil, daß er ein stoßfreies Anlaufen des Motors mit weniger Schaltstufen erreicht und daher an Platz spart und den ganzen Aufbau des Anlassers vereinfacht. Fig. 37 zeigt den Aufbau eines Variationsanlassers. Man erkennt in der Mitte das Relais und an den Seiten die in Glasgefäße eingeschlossenen Widerstände. Sicherheitsvorrichtungen. Die Sicherheit eines elektrischen Leitungsnetzes und der damit verbundenen Apparate wird gefährdet, wenn der Strom oder die Spannung den normalen Wert überschreitet, und geeignete Vorrichtungen gegen solche Ueberströme und -spannungen erfordert. Zum Schutze gegen übermäßige Stromstärken dienen bekanntlich die Schmelzsicherungen und die selbsttätigen Ausschalter, die eine Abschaltung des gefährdeten Leitungsteiles bewirken. Begnügte man sich früher damit, diese Schutzvorrichtungen so auszugestalten, daß sie bei einer bestimmten maximalen Stromstärke unbedingt die Stromunterbrechung herbeiführten, so stellt man heute an sie die Anforderung, daß sie eine gewisse Ueberschreitung der normalen Stromstärke eine Zeit lang zulassen, ehe sie abschalten, bei Kurzschluß aber sofort den Strom unterbrechen. Eine interessante Arbeit, die das Verhalten der Schmelzsicherungen bei den verschiedenartigsten Ueberlastungen klar stellt und dem Techniker Mittel an die Hand gibt, die Schmelzsicherungen den Anforderungen jeder Betriebsart entsprechend zu konstruieren, ist in jüngster Zeit von G. I. MeyerElektrot. Zeitschr. 1907, S. 430, 460. veröffentlicht worden. Die ganze Arbeit basiert auf einer komplizierten, mathematischen Formel, aus der sich für jede Stromstärke aus den Abmessungen, den Materialkonstanten und den Abkühlungsverhältnissen die Temperatur der Schmelzsicherung berechnen läßt. Aus dieser Formel läßt sich eine weitere Formel für den „Grenzstrom“ der Schmelzsicherung aufstellen, d.h. derjenige Strom berechnen, bei dem bei unendlich langer Einschaltung die Sicherung durchschmilzt. Dieser Grenzstrom gibt ein Maß für die Belastungsfähigkeit der Sicherung. Ihre Ueberlastungsfähigkeit oder „Trägheit“, wie Meyer sagt, hängt von der Zeit ab, die verfließt, bis die Sicherung bei einer den Grenzstrom um einen bestimmten Betrag überschreitenden Stromstärke durchschmilzt. Auch für die Trägheit wird unter der Annahme, daß die Wärmezufuhr gleich der Wärmeaufnahme ist, daß also kein Wärmeverlust stattfindet, eine Formel aus der allgemeinen Erwärmungsformel abgeleitet. Führt man nun zur Bestimmung der Trägheit den Grenzstrom ein, so erhält man die „relative Trägheit“, die im Verein mit dem Schmelzpunkt und der Masse der Sicherung die Gesichtspunkte liefert, nach denen das Material für den Schmelzeinsatz einer Sicherung von bestimmter Grenzstromstärke auszuwählen ist. Werden freiliegende, runde Schmelzeinsätze von solcher Länge zugrunde gelegt, daß die Temperatur des mittleren Teils durch die Enden nicht wesentlich beeinflußt wird, so werden die Schmelzeinsätze je nach dem Material, aus dem sie bestehen, unter der Voraussetzung gleicher Grenzstromstärke verschiedene Trägheit und verschiedene Masse besitzen. Diese Beziehungen zwischen Grenzstrom, Trägheit und Masse sind aus der folgenden Tabelle zu ersehen, die für die einzelnen Materialien die Trägheit und Masse im Verhältnis zum Kupfer angeben, dessen Trägheit und Masse gleich 1 gesetzt ist. Material Trägheit Schmelz-punkt Masse Aluminium 3,04 600   3,08 Blei 6,08   325 20,25 Kupfer 1,00 1054   1,00 Messing 0,47 1015   1,61 Nickel 0,36 1400   1,72 Prima-Prima 1,06 1250   2,60 Silber 1,66   954   1,47 Weichlot60 v. H. Sn + 40 v. H. Pb 3,10   135 14,4 Zinn 7,00   230 13,9 Zink 7,60   412   8,18 In der Praxis wird man nun Materialien vermeiden, deren Schmelzpunkt zu hoch liegt und die eine zu große Masse liefern. Denn bei hohem Schmelzpunkt sind übermäßige Erwärmungen der umliegenden Teile zu befürchten und mit Zunahme der Masse steigern sich die Explosionserscheinungen beim Durchschmelzen der Sicherung. Bezüglich der Trägheit muß man sich nach den Betriebsbedingungen richten, die für die zu schützenden Leitungen und Apparate gelten. Für Motoren- und auch für Bogenlampenkreise, in denen häufig der Strom auf kurze Zeit seine normale Stärke erheblich überschreitet, sollte man träge Sicherungen, in Glühlampenkreisen aber empfindlichere Sicherungen benutzen. Diese auf rein theoretischem Wege gewonnenen Ergebnisse geben wohl einen wertvollen Anhalt, wie man bei der Konstruktion von Sicherungen den Betriebsbedingungen Rechnung zu tragen hat, sie dürfen aber nicht zu der Ansicht verleiten, als sei es mit Hilfe der Schmelzsicherungen möglich, eine genaue Unterscheidung zwischen den ungefährlich kurz dauernden Ueberlastungen und den schädlichen Kurzschlüssen durchzuführen. Die Ventilationsverhältnisse einer Sicherung hängen von einer Reihe unkontrollierbarer und veränderlicher Nebenumstände ab, außerdem ist das Durchschmelzen einer Sicherung auch sehr von dem voraufgegangenen Betriebszustande abhängig. Bei sehr hohen Stromstärken, wie sie heutzutage in den großen Lichtzentralen und Kraftübertragungsanlagen üblich sind, versagen sie völlig, da sich ihre Eigenschaften dann überhaupt nicht mehr mit einiger Genauigkeit vorausberechnen lassen und da sie überdies erhebliche Energiemengen verbrauchen würden. Aber gerade hier sind sichere, genau abgestimmte Vorrichtungen erforderlich, die die weitvollen Maschinen und Anlagen bei einem gefährlichen Kurzschlusse sofort abschalten, aber bei zufälliger kurzdauernder Ueberlastung eines Zweiges eine störende Unterbrechung nicht herbeiführen. Dieser Aufgabe sind allein die selbsttätigen elektromagnetischen Ausschalter gewachsen, deren Auslösung von der Wirkung eines Zeitrelais abhängig gemacht wird. Diese Zeitstromschalter bestehen aus einem in dem zu schützenden Stromkreise liegenden Starkstromschalter, der unter Ueberwindung einer Gegenkraft in die Geschlossenstellung gebracht und durch eine Sperrung in dieser Lage gehalten wird. Die Sperrung steht nun entweder direkt oder unter Vermittlung eines weiteren Relaisstromkreises unter der Wirkung des vom zu überwachenden Strome abhängigen Zeitrelais, dessen beweglicher Teil unter dem Einfluß einer Hemmung steht und einen bestimmten Weg zurückzulegen hat, ehe er in Eingriff mit der Sperrung des Starkstromschalters tritt. Ueberschreitet der zu überwachende Strom seine normale Stärke, so setzt sich der bewegliche Teil des Zeitrelais allmählich in Bewegung und verbraucht je nach dem Betrage, in dem er den Normalstrom übersteigt, unter dem Einflüsse der Hemmung verschiedene Zeit, um die Sperrung zu erreichen. Sinkt während dieser Zeit die Stromstärke wieder auf ihren normalen Betrag, so erfolgt keine Unterbrechung des Starkstromes, hält der Ueberstrom aber an, so wird ausgeschaltet. Ist nun die Hemmung dauernd mit dem beweglichen Relaisteil gekuppelt, so erfolgt die Ausschaltung um so schneller, je stärker der normale Strom überschritten ist, denn die Geschwindigkeit eines gehemmten Teils ist abhängig von der auf ihn wirkenden Kraft, die im vorliegenden Falle der Stromstärke proportional ist. Es wird daher bei dauernd wirkender Hemmung, auch bei Kurzschluß eine gewisse, wenn auch kurze Zeit vergehen, ehe die Ausschaltung erfolgt. Da aber bei Kurzschluß ein sofortiges Ansprechen des Ausschalters erwünscht ist, so wird zweckmäßig der bewegliche Teil des Zeitrelais derart konstruiert, daß er sich bei einer bestimmten Stromstärke selbsttätig von der Hemmung trennt und sofort die Sperrung des Ausschalters auslöst. Textabbildung Bd. 323, S. 58 Fig. 38. Ein Schalter der letzten Art ist der Allgemeinen Elektrizitäsgesellschaft durch Patent 183811 der Kl. 21 geschützt und aus der schematischen Darstellung Fig. 38 zu erkennen. Die über dem Transformator s vom zu schützenden Stromkreise erregte Relaiswicklung w hat das Bestreben, den Eisenkern m anzuheben. Die daran befestigte Zugstange a, die im Joche J des Relaismagneten und in dem Teile k geführt wird, trägt den Stift z, der, wenn der Kern m seine Höchststellung einnimmt, die Sperrung r l anhebt, so daß der bewegliche Schaltteil q unter der Wirkung der Schraubenfeder F und unter Drehung der Achse x die festen Schaltteile verläßt und den Strom öffnet. Diese Wirkung würde sofort bei jeder Ueberschreitung des Normalstroms eintreten, wird aber im allgemeinen durch eine Hemmvorrichtung verzögert. Sie besteht aus dem Blasebalg b, der durch Vermittlung des um d drehbaren Hebels h durch den mit der Zugstange a federnd verbundenen Winkelhebel n beim Anheben des Kerns m zusammengedrückt wird. In einer bestimmten Höhe gleitet der um d gedrehte Hebel h vom Winkelhebel n ab, und der nun befreite Eisenkern m schnellt während des letzten Teiles seines Weges mit einem Ruck in die Höhe und bewirkt eine plötzliche Auslösung der Sperrung r l. Bei einem bestimmten Betrage des Ueberstroms aber wird die Anziehungskraft der Spule m so groß, daß die Kraft, die zum Zusammendrücken des Bremsbalgs nötig ist, die Kraft der Feder f übersteigt, die den Winkelhebel n in der wirksamen Lage hält. Der Winkelhebel senkt sich dann infolge der Ausdehnung der Feder f nach unten und kann nun am Hebel h vorbeigleiten, so daß dann der Eisenkern m sofort und nicht erst von einer bestimmten Höhenlage an von der Hemmung befreit ist und die Sperrung auslösen kann. Selbstverständlich kann die Wicklung w auch direkt vom Hauptstrom erregt werden, und andererseits kann der Stift z der Tragstange a auch einen Relaiskreis schließen, der das Anheben der Sperrklinke r elektromagnetisch bewirkt. (Fortsetzung folgt.)