DIE TECHNISCHEN UND WIRTSCHAFTLICHEN VORTEILE DES ELEKTRISCHEN ANTRIEBES FÜR DIE TEXTILINDUSTRIE. Von Gustav W. Meyer. MEYER: Die technischen und wirtschaftlichen Vorteile des elektrischen Antriebes usw. Inhaltsübersicht. Einleitung – Motoren geschlossener und offener Bauart – Elektrischer Einzel- oder Gruppenantrieb – Der elektrische Hinzelantrieb bei der Ringspinnmaschine – Der elektrische Betrieb von Selfaktoren – Anteil der Energiekosten für 1 kg versponnenes Garn – Diverse elektrische Antriebe – Kraftantrieb durch Dampf oder Elektrizität? –––––––––– Einleitung. Der elektrische Antrieb hat in der Textilindustrie erst seit wenigen Jahren umfangreichere Anwendung gefunden. In der Tat stellten sich hier der Einführung der elektrischen Triebkraft große Schwierigkeiten in den Weg, die erfolgreich zu beseitigen erst vor kurzer Zeit in jeder Weise gelang. Hing solche Schwierigkeit lag darin begründet, daß es sich hier nicht um die Verarbeitung eines groben Materials, sondern um die der empfindlichen Textilfaser handelte. Diese gestattet bei ihrer Verarbeitung keine bedeutenden mechanischen Beanspruchungen, welche sonst bei anderen Materialien ohne weiteres zulässig sind. Es ist ferner zu beachten, daß es sich um einen vorzugsweisen staubigen Betrieb handelt. Die früher vielfach verwendeten Gleichstrommotoren offener Bauart versagten daher sehr bald, da der fein verteilte Baumwollstaub sich auf Wicklung, Kommutator und Bürsten ablagerte, Dadurch wurde in kürzester Zeit die Isolierung der Wicklung beeinträchtigt und zerstört. Motoren geschlossener und offener Bauart. Um dieser Gefahr auszuweichen, mußte der Motor staubdicht nach außen abgeschlossen werden; es geschieht dies durch Einkapselung desselben. Durch die letztere werden aber die Abkühlungsverhältnisse verschlechtert, so daß es nur möglich ist, den Motor mit etwa 60 v. H. seiner vollen Leistung, die er im offenen Zustand leisten würde, auszunutzen, wenn er sich nicht unzulässig hoch erwärmen soll. Man ist daher sehr bald zur Einführung der Durchzugstype gelangt. Bei derselben ist gleichfalls der Motor gegen den Raum, in welchem er aufgestellt ist, luftdicht abgeschlossen. Dem Motor wird aber mittels eines Rohrsystems und Ventilators kalte Luft von außen zugeführt; nachdem dieselbe das Innere passiert und die Wärme des Motors aufgenommen hat, verläßt die erwärmte Luft den Motor wiederum durch ein besonderes Abzugsrohr. Bei der Durchzugtype kann also der Motor mit der vollen Leistung beansprucht werden. Vielfach hat man auch Motoren mit Wasserkühlung angewendet. Als kühlendes Medium dient hier statt der Luft das Wasser. Zu diesem Zweck ist das Gehäuse des Motors noch mit einem Mantel versehen, durch welchen das kalte Wasser strömt und die Wärme des Motors aufnimmt. Im allgemeinen wird man hauptsächlich nur bei elektrischem Einzelantrieb Motoren geschlossener Bauart verwenden, da hier der Motor am meisten dem Staub ausgesetzt sein würde. Beim elektrischen Gruppenantrieb ist man hingegen gewöhnlich in der Lage, für den Motor einen geschützten Ort wählen zu können: hier kommt daher vorzugsweise die offene Bauart zur Anwendung. Beim elektrischen Einzelantrieb von Webstühlen würde die Anwendung künstlicher Kühlung bei den kleinen Motorleistungen (gewöhnlich 0,35 bis 0,5 PS) den Preis der Motoren außerordentlich verteuern. Hier muß man sich also mit der Abkühlungsoberfläche des Gehäuses begnügen und ist dann entweder genötigt, die Motoren nicht vollständig auszunutzen oder Motoren mit besonders hohem Wirkungsgrade zu wählen. Um die Wärmeabgabe zu befördern wird vielfach das Gehäuse auch mit Kühlrippen versehen. Elektrischer Einzel- oder Gruppenantrieb. Eine unterschiedslose Befürwortung des elektrischen Einzelantriebes (wie dies so häufig geschieht) ist in der Textilindustrie nicht am PlatzeMan ist hier z.B. mit der Empfehlung des elektrischen Einzelantriebes so weit gegangen, daß man denselben sogar für die einzelnen Spindeln einer Ringspinnmaschine in Vorschlag brachte. Jede Spindel erhält nach diesem Vorschlag ihren direkten Antrieb durch einen kleinen Drehstrommotor mit Kurzschlußanker. Leistung jedes einzelnen Motors etwa. 0,01 PS. Bei einer normalen Ringspinnmaschine mit 450 Spindeln hätte man also 450 kleine Motoren mit einer Tourenzahl von n = 10000 – 12000 und 450 Schalter vorzusehen! Eine praktische Anwendung dieser. Erfindung in ihrer gegenwärtigen Form dürfte schon wegen der außerordentlich hohen Kosten nicht in Frage kommen.Vergl. D. R. P. 220284 Kl. 76c, Gruppe 13, und D. R. P. 238657 vom 2. II. 1910 von Dr.-Ing. Heinrich. Schneider Neusalz a. Oder.. Im allgemeinen wird der Einzelantrieb dort vorteilhafter sein, wo die Zahl der Betriebspausen eine sehr häufige und die Dauer derselben im Verhältnis zur ganzen Arbeitszeit eine große ist, wie z.B. bei Webstühlen, Selfaktoren für leichte Streichgarne usw. Um über diese Verhältnisse Klarheit zu gewinnen sei ein praktisches Beispiel gegeben: In der Minute soll ein Webstuhl 65 Schuß machen; die theoretische wöchentliche Schußzahl würde somit bei zehnstündiger Arbeitszeit 10 . 60 . 65 . 6 = 234000 betragen. Dabei ist aber keine Zeit für das Knoten und Herrichten der Kette in Ansatz gebracht; in Wirklichkeit wird daher je nach Uebung und Fleiß des betreffenden Webers nur eine Schußzahl in der Woche von 140000 bis 160000 herauskommen. Nehmen wir z.B. 145000 Schuß in der Woche an, so ergibt sich ein Verhältnis der \frac{\mbox{praktischen Schußzahl}}{\mbox{theoretischen Schußzahl}}=\frac{145000}{234000}=0,62. Der Stuhl läuft also vollbelastet jährlich nur während 300 . 0,62 = 196 Tagen à 10 Stunden. Wird das Jahr zu 300 Arbeitstagen angenommen, so kann man auch sagen, daß der Webstuhl im Durchschnitt täglich nur während 6,5 Stunden im Betriebe ist. Textabbildung Bd. 327, S. 344 Fig. 1. Webstuhl mit Motorwippe. In einer Weberei sollen nun einmal 100 Webstühle gruppenweise, im anderen Fall einzeln elektrisch angetrieben werden. Der Leerlaufverlust der Transmission beim Gruppenantrieb betrage 15 KW, beim Einzelantrieb soll ein Motor 500 Watt benötigen. Der Wirkungsgrad der kleinen Motore betrage 85 v. H. Weitere 5 v. H. sollen in der Riemenübertragung vom Motor auf den Stuhl verloren gehen. Die Leistung eines jeden kleinen Motors beträgt somit \frac{500\,.\,0,85}{736}=0,58\mbox{ PS.} Per Stuhl ist mit einem Verlust von 500\,\frac{20}{100}=100\mbox{ Watt} zu rechnen. Der elektrische Gruppenantrieb erfordert für den vorliegenden Fall 15+\frac{400\,.\,100}{1000}=55\mbox{ KW}. Der erste Summand ist der Aufwand für die TransmissionDer Verlust in der Transmission bei Belastung ist keines wegs, wie vielfach angenommen, identisch mit dem bei Leerlauf; er ist im Gegenteil im ersteren Fall größer. Es würden sich in Wirklichkeit somit noch ungünstigere Verhältnisse für den Gruppenantrieb herausstellen. Andererseits ist aber auch zu beachten, daß der Wirkungsgrad der kleinen Motoren ein sehr guter ist. Ist derselbe ein niederer, so verschlechtern sich die Verhältnisse ganz wesentlich beim Einzelantrieb., der zweite der Aufwand für die Webstühle selbst. Nun hat man zu beachten, daß die Leerlaufverluste beim Gruppenantrieb ständig erfolgen; ergibt somit jährlich 300 . 10 . 15 = 45000 KW/Std. Die Nutzarbeit für das Jahr beträgt hingegen 196 . 10 . 40 = 78400 KW/Std. Es ist somit hier das Verhältnis. \frac{\mbox{Leeraufarbeit f.d. Jahr}}{\mbox{Gesamtarbeit f.d. Jahr}}=\frac{45000}{78400+45000}=\frac{45000}{123400}=0,365 oder 36,5 v. H. Für den elektrischen Einzelantrieb gestalten sich die Verhältnisse viel günstiger. Die Leerlaufverluste finden nur während des wirklichen Betriebes statt. Die Zahl der KW/Std. f. d. Jahr beträgt hier nur \frac{196\,.\,10\,.\,500\,.\,100}{1000}=98000\mbox{ KW/Std.} (gegenüber 123400 KW/Std. beim Gruppenantrieb). Das Verhältnis \frac{\mbox{Leeraufarbeit f.d. Jahr}}{\mbox{Gesamtarbeit f.d. Jahr}} beträgt hier nur 20 v. H. (gegen 36,5 v. H.). Wird ein Preis von 6 Pf. f. d. KW/Std. angenommen, so erhält man für die jährlichen Stromkosten beim Gruppenantrieb M 7400,–, beim Einzelantrieb M 5900,–. Demnach beträgt die jährliche Ersparnis an Stromkosten beim Einzelantrieb M 1500,–. Textabbildung Bd. 327, S. 344 Fig. 2. Webstühle mit elektrischem Einzelantrieb. Man hat nun allerdings zu beachten, daß der Einzelantrieb ein größeres Anlagekapital erfordert. Die jährliche Ersparnis an Stromkosten würde aber genügen, um ein Kapital von M 37500,– jährlich zu 4 v. H. zu verzinsen. Das in den Mehrkosten beim elektrischen Einzelantrieb investierte Kapital (etwa M 14000,–) erreicht aber bei weitem noch nicht diesen Betrag. Die Fig. 1 bis 3 zeigen die Anwendung des elektrischen Einzelantriebes bei Webstühlen. Zur Vermeidung des Uebertragens von Stößen ist hierbei der Motor auf einer Wippe angeordnet und kann um einen festen Drehpunkt innerhalb durch Federn einstellbare Grenzen schwingen. In Fig. 1 ist der Motor am Fußboden, in Fig. 2 am Rahmen des Webstuhles angeordnet. Um Gleiten des Riemens bei dem kleinen Wellenabstand und Motorscheibendurchmesser zu vermeiden, muß hier der Riemen stark gespannt sein, was wiederum erhebliche Lagerbeanspruchung zur Folge hat. Von diesem Nachteil ist die Zahnradübertragung frei. Um die Stoßübertragung zu vermeiden, wird hier gewöhnlich eine Friktionskupplung zwischen Motor und Stuhl vorgesehen. Fig. 3 zeigt die Ansicht eines Saales mit elektrischem Einzelantrieb für Jutewebstühle. Abgesehen von der größeren Wirtschaftlichkeit, die sich unter Umständen, wie das obige Beispiel gezeigt hat, beim elektrischen Einzelantrieb erreichen läßt, spricht noch zugunsten des letzteren hier, daß dadurch sich gute Beleuchtungsverhältnisse schaffen lassen. Auf diese muß bei der Weberei besonders großer Wert gelegt werden. Gute Lichtverhältnisse bilden nun nicht, wie vielfach fälschlicher Weise angenommen wird, ausschließlich ein Monopol des elektrischen Einzelantriebes. Textabbildung Bd. 327, S. 345 Fig. 3. Saal mit Jutewebstühlen; elektrischer Einzelantrieb (AEG). Sie lassen sich z.B. auch beim Gruppenantrieb erreichen, wenn die Transmissionsstränge unterirdisch in Kanälen angeordnet werden, wie dies z.B. bei dem System Kickermann der Berlin-Anhaltischen Maschinenbau-A.-G. erfolgt. Bei der Anlage eines Fabrikgebäudes muß aber dann vornherein auf die Anwendung dieses Transmissionssystems Rücksicht genommen werden. Der elektrische Einzelantrieb läßt sich hingegen ohne weiteres ohne bauliche Veränderungen auch nachträglich in Fabrikbetrieben einführen. Bei neuen Anlagen kann die Baukonstruktion etwas leichter und daher billiger gehalten werden, da die von den rotierenden Transmissionsmassen herrührenden Vibrationen und Erschütterungen beim elektrischen Einzelantrieb dann fortfallen. Der elektrische Einzelantrieb bei der Ringspinnmaschine. Bei der Ringspinnmaschine wird das Vorgespinnst auf den endgültigen Garndurchmesser verzogen. Gleichzeitig wird dem Garn zur Erhöhung der Zugfestigkeit eine leichte Drehung, der Draht erteilt und der auf diese Weise hergestellte Faden aufgespult. Textabbildung Bd. 327, S. 345 Fig. 4. Schema der Ringspinnmaschine. Fig. 4 zeigt das Schema der Ringspinnmaschine. Das Vorgarn passiert erst das Streckwerk (Walzenpaare, die sich mit ungleicher Geschwindigkeit drehen). Dann durchläuft der Faden eine Oese, welche sich senkrecht über eine durch eine Schnurscheibe angetriebene senkrechte Spindel befindet. Auf dieser wickelt sich der fertige Faden auf. Die Spindel ist von einem Ring R umgeben, welcher sich periodisch auf und nieder bewegt. Am Umfang dieses Ringes ist der Läufer L angeordnet, durch welchen der Faden geführt wird. Beim Aufwinden bildet der Faden infolge der Einwirkung der Fliehkräfte, des Luftwiderstandes und der Reibung am Läufer einen Ballon. Derselbe wirkt gewissermaßen als ein elastisches Zwischenglied, da ein gefährliches Ansteigen der Fadenspannung mit dem Verschwinden des Ballons Hand in Hand geht. Die Anwendung des elektrischen Einzelantriebes bei der Ringspinnmaschine gestattet nun auf einfachste Weise die Verwendung variabler Spindeltourenzahl; letztere ermöglicht eine Verbesserung der Qualität des fertigen Garnes und eine Erhöhung der Produktion. Arbeitet man nämlich mit konstanter Spindeltourenzahl, wie dies beim mechanischen Antrieb fast stets der Fall ist, so darf mit Rücksicht auf das Anlassen der Maschine die Spindeltourenzahl nicht zu hoch gewählt werden. Die Fadenspannung ist nämlich keineswegs konstant, sondern beim Aufwinden auf kleinen Bobinendurchmesser, also beim Spinnen des Bobinenansatzes am größten. Hingegen ist die Fadenspannung beim Aufwinden auf großen Bobinendurchmesser am kleinsten, die Ballonbildung des Fadens am größten. Die Gefahr von Fadenbrüchen ist also gerade beim Beginn der Spinnperiode am größten; aus diesem Grunde darf die Spindeltourenzahl im Anfang einen bestimmten Wert nicht überschreiten, während sie später ohne Gefahr erhöht werden könnte. Dies würde im Interesse der Produktion und der Qualität liegen. Letzteres deswegen, weil dann die inneren wie die äußeren Fadenlagen mit gleichmäßiger Fadenspannung aufgewickelt werden würden. Die Aenderung der Spindeltourenzahl laßt sich hurt beim elektrischen Einzelantrieb in einfachster Weise erreichen und die Produktion laut angestellter Untersuchungen dadurch für die Maschine um etwa 10 v. H. erhöhen. Die Regulierung der Spindeltourenzahl geschieht hierbei ganz selbsttätig von der Spinnmaschine selbst, so daß dem Arbeiter nur das Ein- und Ausschalten des Motors überlassen bleibt. Textabbildung Bd. 327, S. 346 Fig. 5. Elektrischer Einzelantrieb einer Ringspinnmaschine. Am einfachsten läßt sich nun die Tourenänderung beim einphasigen Repulsionsmotor Schaltung Deri und bei dem regulierbaren Drehstrom-Kollektormotor erreichen. Bei beiden Motorsystemen wird die Regulierung dadurch erreicht, daß drehbar angeordnete Bürstensätze gegenüber fest angeordneten Bürstensätzen am Kollektorumfang verschoben werden. Den einphasigen Repulsionsmotor Schaltung Deri hat besonders umfangreich Brown, Boveri & Co. zum Antrieb von Spinnmaschinen angewendet. Die Allgemeine Elektrizitäts-Gesellschaft und die Siemens-Schuckert-Werke haben für den gleichen Zweck den regulierbaren Drehstrom-Kollektormotor bevorzugt. Drehstrom steht gewöhnlich bereits zur Verfügung; bei Drehstrom-Kollektormotoren ist ferner von vornherein eine gleichmäßige Belastung aller drei Phasen gewährleistet. Bei Anschluß von Einphasen-Kollektormotoren an ein Drehstromsystem ist aber eine gleichmäßige Belastung aller drei Phasen bei den wechselnden Betriebsbedingungen nicht immer vorhanden. Gemeinsam allen diesen Motorsystemen ist aber die selbsttätige Betätigung der Veränderung der Tourenzahl. Es geschieht dies durch zwangläufigen Antrieb des Bürstenverstellmechanismus („Automaten“) von der Spinnmaschine aus. Wegen der Verwendung des Kommutators müssen naturgemäß die Motoren vollständig gegen den Raum abgeschlossen und künstlich gekühlt werden. Fig. 5 und 6 zeigen die Anwendung künstlicher Ventilation bei derartigen Motoren. Die Kühlluft tritt von unten durch einen Kanal bei dem einen Lagerdeckel in den Motor ein und verläßt nach Durchstreichen des Motors denselben durch einen Rohrstutzen am entgegengesetzten Lagerdeckel. Dieses System der Kühlung ist besonders für Parterresäle (Shedbauten) gut geeignet, da hier die Anordnung der Kanäle keine besonders große Schwierigkeiten, und Kosten bereitet. Textabbildung Bd. 327, S. 346 Fig. 6. Elektrischer Einzelantrieb von Ringspinnmaschinen. Die Anwendung der schon oben erwähnten Wasserkühlung wird in Fig. 7 gezeigt werden (s. später). Sie läßt sich auch bei mehretagigen Gebäuden leicht anordnen. Dieses Kühlsystem ist aber nur bei Verwendung von verhältnismäßig reinem Wasser empfehlenswert. Im anderen Falle werden sich sehr bald in den Kühlräumen des Motors die Verunreinigungen des Wassers in Form von Kesselstein und Schlamm niederschlagen und dadurch die Kühlung des Motors beeinträchtigen. (Näheres über die in Frage kommenden Motorsysteme auch in dem soeben erschienenen Buche des Verfassers „Maschinen und Apparate der Starkstromtechnik“. Verlag B. G. Teubner, Leipzig 1912.) (Schluß folgt.)