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Elektrische

Kraftübertragung

Zweite Auflage

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nunmehr über 800 Bändchen umfassend, bietet wirkliche .Einführung en* in die Hauptwtssensgebtere fürdenUnterrichtoderSelbstunterrichtde-Laien nach den heutigen methodischen Anforderungen, seit ihrem Entstehen (1898) den Gedanken dienend, aus denen die heute so mächtig entwickelte Voltshochschulbewegung beruht. Sie will jedem geistig Mündigen die Möglichkeit schaffen, sich ohne besondereVorkenntnisse an sicherster Quelle, wie sie die Darstellung durch berufene Vertreter der Wissenschaft bietet, über jedes Gebiet der Wissenschaft, Kunst und Technik zu unterrichten. Sie will ihn dabei zugleich unmittelbar tmBeruf fördern,denGesichlskreiserweitern-, die Einsicht in die Bedingungen der Bemfsarbeit vertiefend. Diesem Bedürfnis können Skizzen im Charakter von .Auszügen" aus grasten Lehrbüchern nie entsprechen, denn solche setzen eine Vertrautheit mit dem Stosse schon voraus.

Die Sammlung

Aus Natur und Geisteswelt'

Die Sammlung bietet aber auch dem jachmann eine rasche zuverlässige Übersicht über die sich heute von Tag zu Tag weitenden Gebiete des geistigen Lebens in weitestem Umfang und vermag so vor allem auch dem immer stärker werdenden Bedürfnis des Forschers zu dienen, sich auf den Vachbargebieten aus dem lausenden zu erhalten.

9n den Dienst dieser Aufgabe haben sich darum auch in dankenswerter Weise von Ansang an die besten Hamen gestellt, gern die Gelegenheit benutzend, sich an weiteste Kreise zu wenden.

So konnte der Sammlung auch der Erfolg nicht fehlen. Mehr als die Hälfte -er Bändchen liegen, bei jeder Auslage durchaus neu bearbeitet, bereits in 2. bis 8. Auflage vor, insgesamt hat die Sammlung bis jetzt eine Verbreitung von fast S Millionen Exemplaren gesunden.

Alles in allem sind die schmucken, gebaltvollen Bände besonders geeignet, die Freude am Buche zu wecken und daran zu gewöhnen, einen Bettag, den man für Erfüllung körperlicher Bedürfnisse nicht anzusehen pflegt, auch für die Befriedigung geistiger anzuwenden.

Wenn eine Verteuerung der Sammlung infolge der außerordentlichen Steigerung der Herstellungskosten - sind doch die Löhne auf das Acht- bis Zehnfache, die Materialien auf das Zwölf- bis Fünfzehnfache gestiegen - auch unvermeidbar gewesen ist, wie bet anderen .bil!!gen*Büchern,z.B.denReclam-hesten» so ist der" ' v    ^—⁴    Verhältnis gestiegen,

und auch jetzt i Biblioteka Politechniki Krakowskiej elt* wohlfeil, im Gegensatz zu d ““ -----

Bisher sind erschienen

?ut Technik und mechanischen Industrie:

Geschichte und Grundlagen der Technik.

*3Un sausenden Webstuhl der Zeit. Übersicht über die Wirkungen der Vaturwtffenschaft und Technik auf das gesamte Kulturleben. Von Geh. Reg.-Rat Prof. Dr. W. LaunHardt. 4. Aufl. Mt Abbildungen. (Bd. 23.)

»Schöpfungen der Ingenieurtechnik der Neuzeit. Von Geh.Reg.-Rat M. Gelte!. '    2. Aufl. Mit Abbildungen. (Bd. 26.)

Einführung in die Technik. Von Geh. Reg.-Rat Prof. Dr. H.Loren,. Mit 77 Abb. im Text. (Bd. 729.)

Mechanik.

Mechanik. Von Prof. Dr. G. Ha me l. I. Grundbegriffe der Mechanik. Mit 36 Figuren. y\ »II.Mechanik der festen Körper. »III.Mechanik der flüssigen u. luftförmigen Körper. (8b.664/66.) Aufgaben aus der technischen Mechanik. Für den Schul- und Selbstunterricht. Von Prof. V. Schmitt. I. Statik und Festigkeitslehre. 2. Aufl. Mit Aufgaben, Lösungen und zahlreichen Figuren im Text. II. Dynamik und Hydraulik. 140 Aufgaben und Lösungen mit zahlreichen Figuren im Text. (Bd. 557/556.)

Statik. Von Gewerbeschulrat Baugewerkschuldirektor Reg.-Baumeister A. Schau. 2. Aufl-Mit J12 Figuren. (Bd. 626.)

Festigkeitslehre. Von Gewerbeschulrat Baugewerkschuldirektor Reg.-Baumeister A. Schau. 2. Auflage. Mit 119 Figuren. (Bd. 629.)

Einführung in die technische Wärmelehre (Thermodynamik). Von Geh. Bergrat Prof. R. Vater. 2. erweiterte Auflage bearbeitet von Privatdozent Dr. F. Schmidt. Mit 46 Abbildungen im Text. (Bd. 516.)

praktische Thermodynamik. Aufgaben und Beispiele zur technischen Wärmelehre. Von Geh. Bcrgrat Prof. R. Vater. Mit 40 Abb. im Text u. 3 Tafeln. (Bd. 596.)

Bergbau, Hüttenwesen und mechanische Technologie.

Unsere Kohlen. Von Bergafleffor p. Kukuk. 2. verb. Aufl. Mit 49 Abbildungen im Text und 1 Tafel. (Bd. 396.)

»Metallurgie. Von Dr.-Jng.V u g e l. I.Leicht- ».Edelmetalle. II.Schwermetalle. (Bd.446/47.) »Metallbearbeitung. Von 9ng. Dir. O. Stolzenberg. Bd. I: Rohstoffe des Maschinenbaus. Bd. II: Arbeiten des Maschinenbauers. (Bd. 671/72.)

Das Eisenhüttenwesen. Von Geh. Bergrat Prof. vr. H. Wedding. 6. Aufl. von Bergassessor F.W. Wedding. Mit 22 Abb. (Bd. 20.)

Maschinenelemente. Von Geh.Bergrat Prof.R.Vater. 9.Aufl. Mit 175 Abb. (Bd.301.) Hebezeuge. Hilfsmittel zum Heben fester, flüssiger und gasförmiger Körper. Von Geh. vergrat Prof. R. Vater. 2. Aufl. Mit 67 Abb. im Text. (Bd. 196.)

»Die Fördermittel. Von Oberingenieur O. Bechstein. (Bd. 726.)

Das Holz, feine Bearbeitung und feine Verwendung. Von Studren-Prof. I. Grosimann, Oberinspektor der Lehrwerkstätten für Holzbearbeitung in München. Mit 39 Originalabbildungen im Text. (Bd. 473.)

Die Spinnerei. Von Direktor Prof. M. Lehmann. Mit 35 Abbildungen. (9b. 336.) Die Kälte, ihr Wesen, ihr« Erzeugung und Verwertung. Von Dr. H. Alt. Mit 45 Abbildungen. (Bd. 311.)

Maschinenlehre.

Die Dampfmaschine. Von Geh. Bergrat Prof. R. Vater. 2 Bde. I. Bdu Wirkungsweise des Dampfes in Keflel und Maschine. 4. Aufl. Mit 37 Abb. II. Bd.: Ihre Gestaltung und ihre Verwendung. 3. Aufl. Von Privatdozent Dr. F. Schmidt. Mit 94 Abb. (Bd. 393,94.)

Die neueren Wärmekraftmaschinen. Von Geh. Bergrat Prof. R. Vater. 2 Bände. I. Bd.: Einführung in dir Theorie und den Bau der Gasmaschinen. 5. Aufl. M. 41 Abb. (Bd. 21.) II. Bd.: Gaserz., Grosigasmafch^ Gas- u. Dampfturb. 4. Aufl. Mit43 Abb. (Bd. 66.) »Elektrische Maschinen. Von Dipl.-3ng. M. Liwfchih. (Bd. 774.) Wasserkraftausnützung und Wasserkraftmafchinen. Mit 57 Abb. Von Dr.-Jng. F. Lawaczek. (Bd. 732.)

Landwirtschaftliche Maschinenkunde. Von Geh. Reg.-Rat Prof. Dr. G. Fischer. Mit 64 Abbildungen. 2. Auflage. (Bd. 316.)

AVuG ) 1: Technik u. Industrie. IX. t)

j * Grundlagen der Elektrotechnik. Von Obering. A.Rotth. 3. ÄufU Mit 70 Abb. (Bd.391.) Die elektrische Kraftübertragung. Von 3ng. p. Kohn. 2. Aufl. Miti 33 Abb. (Bd.424.) Drähte und Kabel, ihre Anfertigung und Anwendung in der Elektrotechnik. Von Ober» postinsp. H. Brick. 2. Auf!. Mit 43 Abb. (Bd. 285.)

Elektrotechnik.

Die^Tebegraphen» und Fernsprechtechnik^in ihrer Entwicklung. Von Oberpost-3nsp.

Das Telegraphen» und Zernsprechwesen. 2. Aufl. Von Oberpostrat Otto Sie bl ist. (Bd. 183.)

DieZunkentelegraphie. VonTelegr.-Dir. H.THurn. 5.Ausl. Mit5) Abb. (Bd. 167.)

Hausbau und -einrichtung.

Der Etfenbetonbau. Von Dipl.-3ng. L. Haimovici. 2. Aufl. Mit 82 Abbildungen im Text sowie 8 Rechnungsbeispielen. (Bd. 275.)

Beleuchtungswesen. Von 3ng. Dr. H. Lux. M. 54 Abb. (Bd. 433.) Wohnungswesen. Von Prof. Dr. R. Eberstadt. (Bd. 709.)

Derkehrstechnik.

Das Eisenbahnwesen. Von Eisenbahnbau- und Betriebsinspektor a. D. Dr.-3ng. E. Biedermann. 3., verb. Aufl. Mit 62 Abbildungen. (Bd. 144.)

Die Klein, und Strastenbahnen. V. Oberlehrer A. Liebmann. M. 85 Abb. (Bd.322.) Die Luftfahrt, ihre wissenschaftlichen Grundlagen und ihre technische Entwicklung. Von Dr. R. V im führ. 3. Auflage von Dr. Z. Huth. Mit 60 Abbildungen. (Bd. 300.) Nautik. Von'^Direktor Dr.Z.Möller. 2.Aufl. Mit64Zig.im Text u. i Seekarte. (Bd.255.)

Kriegstechnik.

Die Handfeuerwaffen. 3hr< Entwicklung und Technik. Von Major R. Weist. Mit 69 Abbildungen. (Bd. 364.)

Unsere Kriegsschiffe. Obre Entstehung und Verwendung. Von Geh. Marinebaurat a. D. E. Krieger. 2. Ausl, von Marinebaurat Zriedr. Schürer. Mit 62 Abb. (Bd. 389.)

Graphische und Zein-Andustrie.

Wie ein Buch entsteht. Von Professor A.W.Unger. 5. Aufl. Mit 9 Tafeln und 26 Abbildungen im Text. (Bd. 175.)

Die Schmucksteine und die Schmuckstein-Industrie. Von Dr. A. Eppler. Mit 64 Abbildungen. (Bd. 376.)

Die Uhr. Grundlagen und Technik der Zeitmessung. Von Prof. Dr.»3ng. tz. Bock. 2., gearbeitete Auflage. Mit 55 Abbildungen im Text. (Bd. 216.)

Die Rechenmaschinen und das Maschinenrechnen. Von Reg.-Rat Dipl.-3ng. K. Len, Mit 43 Abbildungen im Text. (Bd. 490.)

Zeichnen.

Der Weg zur Zeichenkunst. Von Dir. Dr. E. Web er. 3. Aufl. Mit 84 Abbildungen und 1 Zarbtafel. (vd. 430.)

Grundzüge der Perspektive nebst Anwendungen. V. Prof. Dr. K.Doehlemann.

2. verb. Aufl. Mit 91 Zig. u. 11 Abb. (Bd. 510.)

Geometrisches Zeichnen. Von akad. Zeichenlehrer A. Schudeistö. Mit 172 Abb. im Text und auf 12 Tafeln, (vd. 568.)

z »Technisches Zeichnen. Von Reg.- u. Gewerbeschulrat Prof. R. H o r st m a n n. (Bd. 546.) projektionslehre. Die rechtwintl. Parallelprojettion und ihre Anwendung auf die Darstellung techn. Gebilde nebst Anhang über die fchiefwinkl. Parallelprojettion in kurzer leichtfastlicher Darstell, f. Selbstunterr. u. Sckulgebr. Von akad.Jeichenl. A. S ch u d e i s k y. M.206 Zig. i.Text. (Vd.564.) Maste und Messen. Von Dr. w. Block. Mit 34 Abb. (Bd. 385.)

Nus Natur und Geisteswelt

Sammlung wissenschaftlich-gemeinverständlicher Darstellungen

424. Bündchen

Elektrische Kraftübertragung

Von

Paul Kühn

Ingenieur

Zweite Auflage

Mil 133 Abbildungen im Text

Verlag und Druck von B. G. Teubner in Leipzig und Berlin 19)9

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Schutzsormel für die Bereinigten Staaten von Amerika: Copyright 1919 by B. Gr. Teubner in Leipzig.

Alle Rechte, einschließlich des Übersetzungsrechts, vorbehalten

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Vorwort zur zweiten Auflage.

Trotz der Kriegszeit ist schon nach tvenigen Jahren eine neue Auflage erforderlich geworden. Dieser Umstand läßt mich erhoffen, daß das Bändchen seinen Zweck erfüllt, d. h. daß es allen denen, die sich in knapper, gemeinverständlicher Form über die »vissenschaftlichen Grundlagen und die technischen Mittel zur Erzeugung, Fortleitung und Umwandlung des elektrischen Stromes unterrichten wollen, die gewünschte Auskunft gibt. Die gesamte Anordnung des Stoffes ist deshalb beibehalten worden.

Ich danke allen denen, die dem Bändchen Worte freundlicher Anerkennung gewidmet, besonders aber auch denen, die mich auf kleine Mängel, Ungenauigkeiten des Ausdrucks usw. aufmerksam gemacht haben.

Der dem Bändchen gesteckte äußere Rahmen ermöglicht es nicht, alle bei der elektrischen Kraftübertragung in Frage kommenden Einzelheiten mit der gewünschten Ausführlichkeit zu behandeln. Es möge deshalb auf die besonderen Bändchen der gleichen Sammlung: „Grundlagen der Elektrotechnik" (Bd. 391), „Elektrische Maschinen" (Bd. 713), „Drähte und Kabel" (Bd. 285), „Elektrische Licht- und Kraftanlagen und ihre Instandsetzung" (Bd. 650), „Dampfmaschinen" (Bd. 393, 394) und „Wärmekraftmaschinen" (Bd. 21, 86) verwiesen werden.

Paul Kühn.

Leipzig, im März 1919.

Inhalt.

Seite

Einleitung.........................

Wesen der Kraftübertragung S. 6. — Mittel der Kraftübertragung S. 6. — a) Feste Körper S. 7. — b) Flüssige Körper S. 7. — c) Gasförmige Körper S. 7. — d) Elektrischer Strom S. 8. — Vorzüge des Elektromotors: 1. Der einfache Aufbau S. 9. — 2. Der geringe Raumbedarf und das geringe Gewicht S. 9. — 3. Der einfache und zuverlässige Anlauf S. 10. — 4. Der gute Wirkungsgrad S. 10. — 5. Die Möglichkeit der Ausführung in jeder gewünschten Größe S. 10. — 6. Die leichte Bedienung und Instandhaltung S. 10. — 7. Die leichte Zuführung des elektrischen Stroms zum Motor S. 10.

11

Grundlagen der Stromerzeugung...............

Magnetismus S. 11. — Elektrischer Strom S. 13. — Messung des elektrischen Stromes. Absolute Maßeinheiten: 1. Länge, 2. Masse, 3. Zeit, 4. Geschwindigkeit, 5. Beschleunigung, 6. Kraft, 7. Arbeit (Energie), 8. Leistung (Effekt); die mechanische Leistung S. 15—17.

—    Praktische elektrische Maßeinheiten: Ohm, Ampere, Volt, Amperestunde, Watt, Wattstunde. Farad, Henry S. 17—18. — Elektrischer Widerstand, Temperaturkoeffizient S. 19. — Meßinstrumente: Hitzdraht- und elektromagnetische Instrumente, Wheatstonesche Brücke, Elektrizitätszähler S. 20—23.

23

Dynamomaschinen und Elektromotoren............

Gleich ström Maschine, Stromerzeuger für Gleichstrom S. 23. — Ringanker, Trommelanker S. 24. — Hauptstrommaschine S. 27. — Nebenschlußmaschine S. 27. — Verbundmaschine (Compound-, Doppelschlußmaschine) S. 28. — Ankerrückwirkung S. 28.

—    Stromabgeber S. 30. — Wirkungsgrad der Dynamomaschine S. 31. — Parallelschaltung von Gleichstromdynamos S. 33. — Wechselstrom-Dynamo, -Maschine, -Erzeuger, -Generator, Alternator: Periode, Polwechsel, Phasenverschiebung, Leistungsfaktor S. 34—37. — Zwei- und Dreiphafenwechselstrom-(Drehstrom-)maschinen: Sternschaltung, Dreiecksschaltung, Parallelschaltung von Wechselstrommaschinen S. 37—43. — Gleichstrom motoren mit Hauptstrom-, Nebenschluß- und Verbund-wicklung: Hauptstrommotor, Nebenschlußmotor, Verbundmotor

S. 43 — 47.

Wechselstrom- und Drehstrommotoren: Synchronmotor, Drehfeld, Asynchrondrehstrommotor, Einphasenasyn chronmotor, Einphasenkollektormotor, Drehstromkollektormmotor S. 47—53.

Seite

Transformatoren und Umformer...............

Transformatoren für Wechsel- und Drehstrom: Kerntrans-formator, Manteltransformator, Transformator mit Luft- und Ölkühlung S. 53—56. — Umformer: Motorgenerator, Einankerum former, Kaskadenumformer S. 56—59.

Akkumulatoren.......... ............

Stromverteilung, Leitungen und Apparate..........

Gleichstrom: Leitungsberechnung, Zweileiter- und Dreileitersystem S. 65—70. — Wechsel- und Drehstrom S. 70—71. — Ausführung der Leitungen: Freileitungen, Unterirdische Leitungen, Jnnenlei-tungen, Vorschriften für elektrische Leitungen S. 71—76. — Schalter S. 77. — Sicherungen S. 78. — Schutzapparate gegen atmosphärische Entladungen und Überspannungen S. 79. — Anlaßappa-rate für Motoren, Anlasser: Anlasser für Gleichstrommotoren: Anlasser für Hauptstrom- und Nebenschlußregulierung, Anlasser mit Luft- und Ölkühlung, Flüssigkeitsanlasser, Schaltwalzenanlasser, Selbsttätige Anlasser, Umkehranlasser S. 81—88. — Anlasser für Drehstrommotoren S. 88.

Kraftübertragung vom Motor zur Arbeitsmaschine.......

Unmittelbare Kupplung, Riemenantrieb, Seilantrieb, Kettenantrieb, Zahnräderantrieb, Schneckenantrieb, Neibungsantrieb S. 89—98

Stromerzeugungsanlagen, Kraftwerke.............

Dampfmaschine, Dampfturbine, Gasmotor, Dieselmotor. Wasserkraft-maschinen, Überlandzentralen S. 93—98. — Stromerzeugungskosten: a) Unmittelbare Betriebsausgaben S. 99. — k) Mittelbare Betriebsausgaben S. 99. — Stromlieferungsbedingungen S. 100.

Anwendung des Elektromotors................

Bergbau S. 101 — 108, Hüttenwesen S. 108, Maschinenfabriken und Eisengießereien S. 108, Textilindustrie S. 109, Papierindustrie S. 112, Graphische Industrie S. 114. — Straßenbahnen: Stromarten: Gleichstrom, Drehstrom, Einphasiger Wechselstrom S. 115; Stromzuführung S. 118; Motoren: Gleichstrommotoren, Drehstrommotoren, Einphasen-(Kollektor ) motoren S. 119 — 122; Stromverbrauch S. 122. — Landwirtschaft S. 123.

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Einleitung.

Wesen der Kraftübertragung. Der allgemein übliche Ausdruck „Kraftübertragung" ist technisch unrichtig. Bei dem als Kraftübertragung bezeichneten Vorgänge handelt es sich streng genommen nicht um die Übertragung derKraft, sondern um die Übertragung des Produktes aus Kraft und Weg. In der Physik und Technik heißt dieses Produkt: Arbeit (Energie). Es müßte also streng genommen „Arbeits-Übertragung" heißen. Da sich aber der AusdruckKraftübertragung allgemein eingebürgert hat, soll er auch hier beibehalten werden.

I» diesem Sinne verstehen wir unter Kraftübertragung (Krafttransmission, Kraftleitung, Kraftverteilung) alle diejenigen Hilfsmittel, welche zur Fortleitung von Arbeit oder Energie von der Erzeugungs-bis zur Verbrauchsstelle erforderlich sind.

Solange die in einer Talsperre aufgespeicherte Wassermenge — mag sie auch viele Millionen Kubikmeter betragen — sich nicht bewegt, stellt sie eine Kraft dar; technisch verwertbare Arbeit leistet sie erst, wenn das Wasser zu Tal fließt, wenn es einen Weg zurücklegt.

Der im Dampfkessel aufgespeicherte Dampf — mag er auch noch so hoch gespannt sein — ist eine Kraft. Arbeit leistet er erst, wenn er den Kolben der Dampfmaschine hin und her treibt, also einen Weg zurücklegt.

Mittel der Kraftübertragung. Zur Übertragung der Kraft dienen: a) feste Körper, b) flüssige Körper, c) gasförmige Körper, d) elektrischer Strom.

a) Feste Körper. Die zur Kraftübertragung verwendeten festen Körper sind: Hebel, Wellen, Rollen, Zahn-, Rienien-, Seil- und Kettenräder in Verbindung mit den zugehörigen Riemen, Seilen und Kette»; sie werden in ihrer Gesamtheit Triebwerke (Transmissionen) genannt. Die Triebwerke bildeten ursprünglich die einzigen Mittel zur Kraftübertragung und z. T. sind sie es heute noch, wenn keine erheblichen Entfernungen zwischen der Krafterzeugungs- und Kraftverbrauchsstelle liegen. Erforderlich sind die Triebwerke auch dann, wenn andere Kraftübertragungsmittel: Wasser, Gas und elektrischer Strom Verwendung

Einleitung

finden. Die größten Triebwerksanlagen waren die Seiltriebanlagen in Schaffhausen a. Rh., wo 800 PS auf 500 m, und bei Bellegarde a. d. Rhone, wo 3000 PS auf 900m fortgeleitet wurden. Bei Verwendung dieser festen Körper als Kraftübertragungsmittel auf größere Entfernungen werden die Anlagekosten und die Kraftverluste sehr hoch; es ist meistens nicht einmal möglich, getrennte Fabrikgebäude auf einem größeren Grundstück vermittels Transmissionen in wirtschaftlicher Weise von einer Erzeugungsstelle aus mit Kraft zu versorgen.

b)    Flüssige Körper. Hydraulische Kraftübertragung. Dient das Wasser zur Kraftübertragung, so muß es zunächst auf einen Druck von 50 Atmosphären und mehr gepreßt und durch starkwandige Rohrleitungen den Motoren zugeführt werden. Zum Ausgleich des meist stark schwankenden Verbrauches sind Sammler (hydraulische Akkumulatoren) erforderlich. Derartige Einrichtungen sind teuer und der Gefahr des Zerfrierens ausgesetzt. Bei geringer Beanspruchung haben sie einen schlechten Wirkungsgrad; z. B. braucht ein Aufzug, wenn er leer nach oben fährt, genau die gleiche Wassermenge, als wenn er mit 2000 oder 3000 kg belastet ist. Bewährt haben sich diese Einrichtungen nur zum Betriebe von Pressen, Aufzügen, Kranen, d. h. überall da, wo plötzlich große Kräfte beansprucht werden.

c)    Gasförmige Körper. Druckluft = (pneumatische) Kraftübertragung. Um die Luft als Kraftübertragungsmittel benützen zu können, muß sie stark zusammengepreßt (komprimiert) werden. Hierbei erwärmt sie sich so stark, daß sie künstlich gekühlt werden muß. Bei der Ausdehnung (Expansion) tritt dagegen eine so große Abkühlung ein, daß die Ventile und Hähne einfrieren, wenn die Luft nicht genügend trocken ist oder an der Verwendungsstelle nicht vorgewärmt wird. Sowohl die Erwärmung als auch die Abkühlung machen den Betrieb umständlich; die Vorwärmung der Luft ist stellenweise überhaupt nicht möglich. Das Anwendungsgebiet der Druckluftübertragung beschränkt sich deshalb auf die Fälle: a) wo man auf die Gewinnung frischer, kalter Luft besonderen Wert legt, wie z. B. in Bergwerken, bei Tunnelbauten und Kühlhallen, oder b) wo die Verwendung der Preßluft besondere Vorteile bietet, wie beim Betrieb von Rohrpostanlagen, Gesteinsbohrma-maschinen, Preßlufthämmern und -meißeln, Druckluftbremsen usw.

Wasserdampf. Der gespannte Wasserdampf ist bisher am meisten zum Zwecke der Kraftübertragung in den Fällen verwendet worden, wo aus räumlichen Gründen die Riemen- und Seiltriebe nicht benutzt werden konnten, oder wo es sich um größere Kräfte und nicht zu weite Entfernungen handelte. Lange Dampfrohrleitungen verursachen einen beträchtlichen Wärme- und Druckverlust, sie bilden auch an einzelnen Stellen, z. B. in den Bergwerksschächten, eine erhebliche Gefahr für die Arbeiter. Für kleinere Leistungen, z. B. unter 100 PS, werden die Kosten der Dampfmaschine sehr hoch, wenn sie zum Zwecke der größeren Wirtschaftlichkeit mit zweifacher Expansion und Kondensation ausgerüstet wird. Es kommt deshalb der gespannte Wasserdampf heute nur noch dort für Kraftübertragungszwecke in Frage, wo der entspannte Abdampf für Warmwasserbereitung, Heizungs- und Trockenzwecke ausgenutzt werden kann.

Kohlenwasserstoffgas (Leuchtgas, Generatorgas) ist ein recht gutes Mittel für die Fortleitung und Verteilung der Kraft, leider sind aber die Gasmotoren mit erheblichen Mängeln behaftet.*) Die großen Hoffnungen, die man einst auf diese Art der Erzeugung und Verteilung der Kraft gesetzt hatte, sind deshalb nur zum geringsten Teil in Erfüllung gegangen.

d) Elektrischer Strom. DieNachteileder elektrischen Übertragung sind verschwindend gering gegenüber denjenigen, die sich bei der Verwendung von Wasser und Gas zeigen. Sie bestehen nur in den Verlusten bei der Umwandlung und Fortleitung der Energie und in den Gefahren, welche die Hochspannungsleitungen, besonders wenn sie frei verlegt sind, mit sich bringen.

Als Vorteile der elektrischen Kraftübertragung sind dagegen zu nennen: Der technische Wirkungsgrad ist gut, selbst bei geringer Belastung, die Anlagekosten halten sich in angemessenen Grenzen, jede mechanische Arbeit kann in elektrische umgewandelt, in dieser Form leicht fortgeleitet, dann in mechanische Arbeit zurückverwandelt und so wirtschaftlich nutzbar gemacht werden, die Übertragung auf Entfernungen von 100 km und mehr bietet keine Schwierigkeiten, die Leitungen und Motoren passen sich allen räumlichen Verhältnissen mit Leichtigkeit an.

Durch die elektrische Kraftübertragung ist es erst möglich geworden, viele bisher noch brach liegende Wasserkräfte mit Leistungen von zusammen vielen Millionen Pferdestärken, wie sie die Natur in den von hohen Gebirgszügen durchschnittenen Ländern, z. B. Schweiz, Italien,

1) Sie laufen nicht von selbst an, bei geringer Belastung arbeiten sie unwirtschaftlich, auch erfordertitzreBedienung undJnstandhaltung große Sorgfalt.

Frankreich, Norwegen usw. darbietet, nutzbar zu machen. Die meisten dieser Wasserkräfte mußten bisher unausgenutzt bleiben, weil ihre örtliche Lage den Aufbau großer Fabrikanlagen mit den erforderlichen Einrichtungen für die An- und Abfuhr der Materialien und die Ansiedlung einer größeren Zahl von Arbeiterfamilien überhaupt nicht oder nur unter sehr erschwerenden Umständen zuließ. Heute sind diese Hindernisse beseitigt; alle Wasserkräfte sind verwertbar. Die von den Wasserturbinen erzeugte mechanische Energie wird in elektrische umgewandelt und Landgebiete von mehr als 100 km Länge und Breite werden von einer einzigen Stelle aus mit Kraft und Licht versorgt. Ist eine Hilfskraftanlage notwendig, weil die Wasserkraft in einzelnen Jahreszeiten für die Versorgung nicht ausreicht, so wird die Dampfkraftanlage dort errichtet, wo die Beschaffung des Brennstoffes mit den geringsten Kosten möglich ist. Der Vorteil, welcher in dieser Art der Kraft- und Lichtversorgung liegt, ist deshalb für die vorgenannten Länder so besonders groß, weil sie die Kohlen für ihre Fabrikanlagen und Eisenbahnen mit bedeutenden Kosten aus weit entfernten Gebieten beziehen müssen.

Die elektrische Kraftübortragungsanlage besteht aus folgenden Teilen:

1.    dem Stromerzeuger (Dynamomaschine, Generator), einerMaschine, welche geeignet ist, die mechanische Arbeit in elektrische umzuwandeln;

2.    der meist aus gutleitendem Metall (Kupfer, Aluminium) bestehenden Leitung. welche die erzeugte elektrische Arbeit an den Ort ihrer Verwendung führt;

3.    dem Elektromotor, einer Maschine, welche die empfangene elektrische Arbeit wieder in mechanische umwandelt.

Als Vorzüge des Elektromotors sind zu nennen:

1.    Der einfache Aufbau. Ter bewegte Teil des Motors besteht aus einer Achse, die in zwei, höchstens drei Lagern läuft und bei Gleichstrom den Anker und den Stromabgeber, bei Drehstrom den Läufer und die Schleifringe trägt. Der Motor hat weder Kolben noch Stopfbüchsen, weder Gelenke noch Führungen. Die Lagerschmierung ist außerordentlich einfach; ein auf der Welle laufender Ring taucht uyten in den Ölbehälter und führt den Lagerschalen selbsttätig das Öl zu (Ringschmierung).

2.    Der geringeRaumbedarf und das geringeGewicht. Der Motor ist für die gleiche Leistung wesentlich kleiner und leichter als

Dampfmaschine und Gasmotor, und da er keinerlei hin- und hergehende Teile besitzt, stellt er an seine Fundamentierung die denkbar geringsten Anforderungen. Seine Aufstellung ist an jeder beliebigen Stelle möglich. Er verursacht weder nennenswertes Geräusch noch Erschütterungen oder ähnliche Belästigungen.

3.    Der einfache und zuverlässige Anlauf. Ter Anlauf des Elektromotors erfolgt in jeder Lage und bei jeder Belastung. Die Geschwindigkeit des Motors ist einerseits fast gleichbleibend, unabhängig von der geforderten Leistung, andererseits kann sie auch in weiten Grenzen willkürlich geändert werden. Die Bewegung einer kleinen Kurbel genügt zum Anlassen und Abstellen selbst der größten Motoren; diese können also während jeder Arbeitspause ausgeschaltet und es kann jegliche Leerlaufsarbeit vermieden werden. Dieser Vorteil kommt hauptsächlich zur Geltung, wenn jede Arbeitsmaschine durch einen besonderen Motor angetrieben wird (Einzelantrieb).

4.    Der gute Wirkungsgrad. Das Verhältnis der zugeführten elektrischen Energie zu der geleisteten mechanischen Arbeit ist sehr günstig, und zwar nicht nur bei voller Leistung, sondern auch bei geringer Beanspruchung. Von Vollast bis zur Halblast entspricht die Stromaufnahme nahezu der geleisteten Arbeit, ein Vorteil, den keine andere Kraftmaschine in diesem Maße bietet.

5.    Die Möglichkeit der Ausführung in jeder gewünschten Größe. Elektromotoren werden von V₃₀ bis zu mehreren tausend Pferdestärken ausgeführt. Der Preis auch der kleinsten Motoren ist im Verhältnis zu ihrer Leistung niedrig.

6.    Die leichte Bedienung und Instandhaltung. Jeder zuverlässige Arbeiter kann die Reinigung des Motors und das Nachfüllen des Schmieröles besorgen.

7.    Die leichte Zuführung des elektrischen Stromes zum Motor. Sie erfolgt durch verhältnismäßig dünne, biegsame Drähte oder Kabel, die beliebig an den Wänden und Decken befestigt im Erdboden verlegt oder im Freien gespannt werden können. Die Leitungen passen sich den örtlichen Verhältnissen in jeder Weise an und der Leitungsverlust ist meistens unbedeutend.

Grundlagen der Stromerzeugung.

Zum besseren Verständnis der Grundlagen, auf denen die elektrische Kraftübertragung beruht, ist es notwendig, auf die Erzeugung des elektrischen Stromes, d. h. auf die Umwandlung mechanischer Arbeit in elektrische, und auf die Umwandlung elektrischer Arbeit in mechanische einzugehen?)

Magnetismus.

Die Eigenschaft des Magneteisensteins (Fe₃ Oj, kleine Eisenstückchen anzuziehen, ist bekannt, ebenso die Möglichkeit, diese Eigenschaften durch Bestreichen auf einen Stahlstab zu übertragen. Man sagt: „der Stahl-stab wird magnetisch", und man spricht je nach der Form des Stabes von: Stab-, Hufeisen-, Nadel-, oder Glockenmagneten.

Hängt man einen Stahlmagneten freischwebend in der Luft auf, so stellt er sich ungefähr in der Nord Süd-Richtung der Erde ein; man spricht deshalb von seinemNordpolundseinemSüdpol. Durch Versuche kann man sich leicht davon überzeugen, daß sich die magnetische Wirkung hauptsächlich an den Enden, den Polen des Stabes, äußert, während die Mitte unmagnetisch (indifferent) bleibt.

An frei schwebenden Magneten kann man beobachten, daß gleichnamige Pole sich abstoßen, ungleichnamige sich anziehen. Den ganzen Bereich, innerhalb dessen ein Magnet seine Wirkung äußert, nennt man „das magnetische Feld". Streut man auf eine Glasplatte oder auf ein Kartenblatt Eisenfeilspäne und legt darunter einen Magneten, so ordnen sich die Eisenteilchen zu eigenartigen Kurven, und man stellt sich vor, daß magnetische Kraftlinien in der Richtung dieser Kurven von einem Pol zum andern laufen. In der Nähe der Magnetpole ist, wie die Eisenfeilspäne erkennnen lassen, die Zahl der Linien größer als in weiterer Entfernung; man sagt: dasFeld ist stärker, oder das Feld ist schwächer.

Die Zahl der Kraftlinien auf einem Quadratzentimeter nennt man die Kraftliniendichte. Die Feldstärke wird mit dem Buchstaben H bezeichnet.

Maßgebend für die Feldstärke, also auch für die Zahl der ausgehenden Kraftlinien, ist die Magneto motorische Kraft. Diese ist bei

1) S. A. Rotth, Grundlagen der Elektrotechnik (ANuG Bd. 391),

einem Stahlmagneten abhängig von dessen Größe und von der Zahl seiner Bestreichungen, bei einen: Elektromagneten von der Zahl der Drahtwindungen und der in diesen fließenden Stromstärke. Der Widerstand, welchen die Luft dem Ausströmen der Kraftlinien entgegensetzt, wird als 1 bezeichnet; der spezifische Widerstand des Eisens ist wesentlich geringer als der der Luft. Er ist ¹, und der reziproke Wert

davon, also fi, wird die Leitfähigkeit (Permeabilität) des Eisens genannt. Die Leitfähigkeit hängt nicht nur von der Art des Eisens, sondern auch von der Kraftliniendichte, d. h. von der Größe H

ab. — ist die Kraftlinienzahl, also ist B i¹

(magnetische Induktion) = u • JI.

In bezug auf die Aufnahmefähigkeit von äo Kraftlinien steht ausgeglühtes Schmiede-r-o eisen an erster Stelle, weniger günstig ist Stahl und am ungünstigsten ist Gußeisen,

SS

ZOooo

40 000- h

5900-

MHMlm-MiHi

60 iOO ASC iOC Abb. 1.

wie die obenstehende Abb. 1 zeigt.

Die Stärken des magnetischen Feldes sind als Abszissen, die in den verschiedenen Eisensorten hierdurch erzeugte Induktion als Ordinate:: angegeben. Für weiches ausgeglühtes Schmiedeeisen gibt die nachstehende Tabelle die Zahlen genau an:

Während also bei geringer Beanspruchung (Sättigung) der magnetisch e W i d e r st a n d des Eisens sehr gering ist, z. B. bei B = 5000 gleich des Luftwiderstandes, ist er bei der dreifachen Beanspruchung, d. h.

JL

' 3000

bei B = 15000, bereits auf ^ also auf beinahe das Sechsfache angewachsen. Dieser Umstand ist für den Bau von Dynamomaschinen sehr wichtig.

Elektrischer Strom.

Die Erzeugung des elektrischen Stromes durch Eintauchen zweier verschiedener Metallplatten in verdünnte Schwefelsäure darf als bekannt vorausgesetzt werden. Hier sollen nur die Wechselbeziehungen zwischen Magnetismus und elektrischem Strom besprochen werden. Bringt man einen vom Strom durchflossenen Leiter in die Nähe der auf ein Kartenblatt gestreuten Eisenfeilspäne, so zeigt sich die gleiche Erscheinung, als ob man einen Stahlmagneten in die Nähe gebracht hätte: der elektrische Strom ruft ebenfalls ein magnetisches Feld hervor. Wird der Leiter spiralförmig aufgewunden, so wird die magnetische Wirkung des Stromes _L erheblich verstärkt. Eine solche Spirale wird Solenoid ge-M^ nannt, und ihre magnetische Wirkung ist so stark, daß ein T in die Nähe der Spulenöffnung gebrachter Eisenkern in die Spule hineingezogen wird. Die Größe der Anziehungskraft ist abhängig von der Größe der Stromstärke (Ampere) *) und der Zahl der Windungen, also von der Zahl der Ampere- Avb. 2. Windungen, z. B. 5 Ampere und 100 Windungen sind 500 Amperewindungen.

Für die Stromrichtungen und für die Bildung der Pole gilt die sogenannte Linke-Hand-Regel. Denkt man sich mit dem Strome schwimmend und das Gesicht dem zu magnetisierenden Körper zugewendet, so ist der Nordpol immer zur linken Hand; sieht man auf den Nordpol, so fließt der Strom entgegengesetzt der Richtung des Uhrzeigers (Abb. 2).

Umschließt die vom Strom durchflossene Spule (Solenoid) einen Eisenkern, so heißt diese Vorrichtung E l e ktr 0 m a g n e t. Die magnetische Wirkung des Elektromagneten ist wesentlich stärker als die des Solenoides allein. Es zeigt sich aber die Eigentümlichkeit, daß es eine gewisse Zeit dauert, bis diese Wirkung im Eisen ihren Höchstwert erreicht, und daß Sekunden, bei großen Abmessungen sogar Minuten, nach dem Ausschalten des Stromes vergehen, bis die magnetische Wirkung wieder zur Ruhe kommt. Dieses Zurückbleiben des Magnetismus wird als Remanenz (remanenter Magnetismus) bezeichnet.

Bringt man die Drahtwindungen des Elektromagneten mitder Stromquelle in Verbindung und verstärkt allmählich den Strom, dann steigt

l) Siehe S. 17 Fußnote 2.

die magnetische Wirkung (Induktion) von 0 (dem Koordinatenmittelpunkt) bis J an (Abb. 3). Schaltet man den Strom wieder aus, daun fällt zwar auch die Induktion, aber sie schwindet nicht ganz. Infolge der Remanenz des Eisens fällt sie nur bis B. Kehrt man nun die Stromrichtung um, so ist eine gewisse Größe von H = OK notwendig, um die Induktion ganz verschwinden zu lassen. Verstärkt man den Strom, so wächst die Induktion bis Jv Schaltet man den Strom wieder aus, so behält die Induktion die Größe 0BL usw. Das Eisen setzt der Magnetisierung einen gewissen Widerstand (Koerzitivkraft) entgegen, und die zu dessen Überwindung erforderliche Arbeit, die sich in der Erwärmung des Eisens äußert, nennt man Hhsteresisarbeit. Diese wird um so größer, je geringer die Leitfähigkeit des Eisens ist. Das von den beiden äußeren Kurven eingeschlossene Flächenstück wird Hystereseschleife genannt; die eingeschlossene Fläche stellt die Größe der Hysteresisarbeit

SB

<9

9t;

Hä

eV

Abb. 3.

dar.

Wie der elektrische Strom ein magnetisches Feld erzeugen kann, so ist es umgekehrt möglich, durch Magnetismus elektrischen Strom hervorzurufen. Wird z. B. ein kräftiger Stahlmagnet schnell in die Spule 2 (Abb. 4) hineingestoßen, dann zeigt der Ausschlag des Galvanometers G, daß in der Spule durch die Bewegung des Magneten ein elektrischer Strom erzeugt worden ist. Wird die Spule 1 vom Strom durchflossen, so erzeugt sie ein magnetisches Feld. Schiebt man nun die Spule 1 an Stelle des Stahlmagneten in die Spule 2 hinein, so entsteht in der letzteren während der Dauer der Bewegung ein Strom, dessen Richtung der Richtung in Spule 1 entgegengesetzt ist. Zieht man diese aus Spule 2 wieder heraus, so entsteht in der letzteren ein Strom, dessen Richtung gleich der Richtung in Spule 1 ist. Beläßt man die Spule 1 in Spule 2, so verschwindet der Strom. Verstärkt man in Spi Spule 1 den Strom durch Verminderung

Richtung, schwächt man den Strom in .    1, dann entsteht in 2 ein Strom von

—Ag-' gleicher Richtung.

Abb 4.

Jede Änderung des magnetischen Feldes, sei es durch Bewe-

Absolute Maßeinheiten

gung, Verstärkung oder Schwächung des Stromes, erzeugt in einem in diesem Felde befindlichen Leiter eine elektrische Spannung; diese ruft, wenn der Leiter geschlossen ist, in ihm einen elektrischen Strom hervor. Dieses von Faraday^) entdeckte und nach ihm benannte Gesetz bildet die Grundlage des Dynamo-maschinenbaues. In jedem geschlossenen Leiter, der sich im magnetischen Felde so bewegt, daß er Kraftlinien schneidet, wird elektrische Spannung erzeugt. Es ist hierbei ganz gleich, ob der Leiter, z. B. Spule 2 in Abb. 4, oder das magnetische Feld, Spule 1 in Abb. 4, oder der Stahlmagnet bewegt wird.

Messung des elektrischen Stromes.

Zur unmittelbaren Wahrnehmung des elektrischen Stromes fehlt uns der Sinn. Wir müssen zu seiner Messung seine magnetischen, chemischen und thermischen Wirkungen benutzen.

Absolute Maßeinheiten.

Die Maßeinheiten beruhen auf dem absoluten Maßsystem oder Zentimeter-Gramm-Sekunden-System, abgekürzt 008-System. | Die absoluten Einheiten stehen zu den Grundeinheiten: Länge [1], Masse , | ni] und Zeit [t] in einer ganz bestimmten Beziehung, und diese nennt man ihre Dimension. Da die absoluten Einheiten meist unbequem für den praktischen Gebrauch sind, hat man für technische Zwecke die sogenannten praktischen Einheiten aufgestellt, die entweder ein Vielfaches oder ein Bruchteil der absoluten Einheiten sind.

1. Länge: [Z]. Die absolute Längenein heit ist das Zentim et er, cm, der hundertste Teil des im „Internationalen Maß- und Gewichts-bureau" im Pavillon von Breteuil in Sevres bei Paris aufbewahrten Normalmaßstabes, wenn dieser eine Temperatur von 0° hat?) Dementsprechend ist die absolute Flächeneinheit das Quadratzentimeter, qcm, und die absolute Volumeneinheit das Kubikzentimeter, ccm. Die praktischen Einheiten sind mm, m, km, qm, cbm.

1)    Faraday, Michael, engl. Chemiker und Physiker, geb. 22. Sept. 1791 zu Newington Butts bei London, war zuerst Buchbinder, dann Assistent von Davy, später Professor an der Royal Institution in London. Er starb am 25. August 1867 in Hampton Court. Nach ihm ist auch die Einheit der elektrischen Kapazität--- Farad. Mikrofarad benannt.

2)    S. W. Block, Maße und Messen (ANuG Bd 385).

2.    Ü91nffe:[m]. Die absolute Masseneinheit ist das Gramm, g, der tausendste Teil der Masse des iin Int. Maß- u. Gew.-B. anfbewahr teil Platinstückes. Es ist ungefähr soviel wie 1 ccm Wasser bei 4°C. Als praktische Einheiten werden häufig das Kilogramm, kg, = 1000 g, oder die Tonne, t, = 1000 kg, verwendet.

3.    Zeit: [t]. Die absolute Zeiteinheit ist die Sekunde, sek, der 86 400. Teil des Tages mittlerer Sonnenzeit. Als praktische Einheiten kommen in Frage: die Minute, mn, = 60 sek, und die Stunde, st, — 60 mn — 3600 sek.

4.    Geschwindigkeit: v = p<⁻¹J. Geschwindigkeit ist der in der Zeiteinheit zurückgelegte Weg; v = | oder lt~\ Die absolute Einheit der Geschwindigkeit besitzt ein Körper, der in einer Sekunde einen Weg von 1 cm zurücklegt, cm/sek oberem • sek⁻¹. Pr attisch rechnet man auch mit m/sek, m/mn und km/st.

ö. Beschleunigung: p = \lt~*]. Beschleunigung ist die Geschwindigkeitszunahme in der Sekunde. Die absolute Einheit der Beschleunigung ist dann vorhanden, wenn die Geschwindigkeit eines Körpers sich in einer Sekunde um 1 cm/sek ändert. Daraus ergibt sich p = cm/sek² oder cm • sek- 2. Ein frei fallender Körper hat am Ende der ersten Sekunde eine Geschwindigkeit von 9,81 m/sek, er fällt also mit einer Beschleunigung von 981 cm/sek² = 981 cm-sek⁻².

6.    Kraft: P= p-w•<-*]. Die absolute Krafteinheit ist diejenige, die einem Körper von der Masse 1 die Beschleunigung 1 erteilt. Die Einheit wird als Dyn bezeichnet, = cm • g • sek⁻². Da die Schwerkraft der Erde jedem Körper eine Beschleunigung von 981 cm • sek- 2 erteilt, so übt sie auf eine Grammasse eine Kraft von 981 Dynen aus Wenn von einem Gramm die Rede ist, so muß berücksichtigt werden, ob es als unter dem Einfluß der Schwerkraft der Erde stehend zu erachten oder unabhängig von dieser ist.

7.    Arbeit, (Energie): A — p² • m • 1~ *]. Die Arbeit ist das Produkt aus der mechanischen Kraft und dem Weg, den der Körper unter der Einwirkung der Kraft zurückgelegt hat. Die Zeit bleibt dabei unberücksichtigt. Die absolute Arbeitseinheit, also die Arbeit, welche ein Dyn verrichtet, wenn es 1 g um 1 cm verschiebt, ist das Erg. Die praktische Einheit der Arbeit ist das Joule, das 10^fache des Erg.

8.8eistung, (Effekt): AS>=[1² ■ m ■ Z⁻³]. Leistung ist die Arbeit, die in einer bestimmten Zeit ausgeführt wird. Die absolute Leistungseinheit ist das Erg/Sekunde. Die praktische Einheit ist ebenfalls das 10^fache der absoluten Einheit, das Watt. Die elektrische Leistung wird inWatt gemessen. Die Arbeit eines Joule wird geleistet, wenn ein Watt eine Sekunde lang geleistet wird.

Die mechanische Leistung wird nach Meterkilogramm/Sekunden, mkg/sek, oder nach Pferdekräften, Pferdestärken, PS, gemessen. Die mechanische Arbeit wird nach Meterkilogramm oder Pferdekraftsekunden gemessen.

75 Meterkilogramm    ----- 1 Pferdekraftsekunde,

1 Pferdekraft (Pferdestärke) ---75 mkg pro ©efrnibe (mkg/sek).

Zwischen diesen mechanischen und den elektrischen Einheiten ergeben sich folgende Beziehungen:

1 mkg ----- 9,81 Joule,

1 pSst ----- 0,736 kWst, 1 k^Vst (Kilowattstunde) ------1,36 PSsfc (Pferdekraftstunde).

1 mkg/sek --- 9,81 Watt,

1 PS

----- 736 Watt,

Praktische elektrische Maßeinheiten.

Die gesetzlichen Bestimmungen für diese Einheiten lauten int Auszug:

§ 1. Die gesetzlichen Einheiten für elektrische Messungen sind das Ohm, das Ampere und das Volt.

§ 2. Das Ohm*) ist die Einheit des elektrischen Widerstandes. Es wird dargestellt durch den Widerstand einer Quecksilbersäule von der Temperatur des schmelzenden Eises, deren Länge bei durchweg gleichem, einem Quadratmillimeter gleich zu achtenden Querschnitt 106,3 cm und deren Masse 14,4521 g beträgt. Das Ohm ist das Kasache der absoluten Einheit.

§3. Das Amperes ist die Einheit der elektrischen Stromstärke. Es wird dargestellt durch den unveränderlichen elektrischen Strom, welcher bei dem Durchgang durch eine wässerige Lösung von Silbernitrat in einer Sekunde 0,001118 g Silber niederschlägt. Das Ampere ist der 10. Teil der absoluten Einheit.

§ 4. Das Volt3) ist die Einheit der elektromotorischen Kraft. Es wird dargestellt durch die elektromotorische Kraft, welche in einem Leiter, dessen

1)    Ohm, Georg Simon, Physiker, geb. den 16. März 1787 zu Erlangen, lebte in Köln, Berlin, Nürnberg, München und starb dort am 7. Juli 1845.

2)    Ampere, Andre Marie, bedeutender französischer Physiker, geb. den 22. Januar 1775 zu Lyon, lebte hauptsächlich in Paris und starb in Marseille am 10. Juni 1836.

3)    Volta, Alessandro, Graf, geb. den 18. Februar 1745 zu Como, Erfinder der Voltaschen Säule, lebte hauptsächlich in Pavia und starb am 5. März 1827 in Como.

ANuG 42t: Kühn, Elektrische Kraftübertragung 2. Ausl.

Widerstand ein Ohm beträgt, einen elektrischen Strom von einem Ampere erzeugt. 1 Volt = 1 Ampere - 1 Ohm. Das Volt ist gleich dem 10^ fachen der absoluten Einheit.

a)    Die Elektrizitätsmenge, welche bei einem Ampere in einer Sekunde durch den Querschnitt der Leitung fließt, heißt eine Ampere-sekunde (Coulomb) *); die in einer Stunde hindurchfließende Elektrizitätsmenge heißt eine Amperestunde.

b)    Die Leistung eines Ampere in einem Leiter von einem Volt Endspannung heißt ein äBatt²); also 1 Watt ----- 1 Ampere • 1 Volt.

c)    Die Arbeit eines Watt während einer Stunde heißt eine Wattstunde.

ä) DieKapazität eines Kondensators, welcher durch eineAmpere-sekünde auf ein Volt geladen wird, heißt ein Farad. 1 Farad ist gleich dem 10 ^fachen der absoluten Einheit. Da das Farad immer noch sehr groß ist, so wird als praktische Einheit das Mikrofarad --- 10"^ fachen der absoluten Einheit benutzt.

e) Der Jnd uktionsko effizient eines Leiters, in welchem ein Volt durch die gleichmäßige Änderung der Stromstärke um ein Amper ein ein er Sekunde induziert wird, heißt ein Henry?) Ein Henry ist gleich dem 10^ fachen der absoluten Einheit.

Als Vorsilben vor den Namen einer Einheit bedeuten: Kilo = das Tausendfache, Mega (Meg) = das Millionenfache, Milli = den tausendsten Teil, Mikro (Mikr) = den millionsten Teil.

Die beste Vorstellung von den elektrischen Größen: Spannung (elektromotorische Kraft), Stromstärke und Widerstand gewinnt man, wenn man diese Größen mit den für eine Wasserkraftanlage maßgebenden Größen vergleicht. Dann entspricht die elektromotorische Kraft (Spannung) der Gefällhöhe des Wassers (Höhenunterschied zwischen dem Wasserstand im Ober- und Untergraben), die Stromstärke entspricht der sekundlich durchfließenden Wassermenge, und der elektrische Widerstand entspricht dem Reibungswiderstand, welchen das Wasser in den Kanälen,

1)    Coulomb, Charles Augustin de, Ingenieur, geb. den 11. Juni 1736 zu Angouleme, Erfinder verschiedener Meßinstrumente zur Messung magnetischer und elektrischer Kräfte (Drehwage), gest. als Generalinspektor der Universität zu Paris den 23. August 1806.

2)    Watt, James, der Schöpfer der heutigen Dampfmaschine, geb. den 19. Januar 1736 zu Greenrock, gest. den 19. August 1819 zu Heathfield bei Birmingham.

3)    Henry, Joseph, amerikanischer Gelehrter, geb. den 17. Dezember 1799 zu Albany (Newyork), gest. den 13. Mai 1878 zu Washington.

Rohrleitungen und bgt findet. Wie nun bei einer Wasserkraft das Produkt aus der sekundlich durchfließenden Wassermenge und der Gefällhöhe maßgebend ist für die Leistung der Wasserkraft in PS oder mkg/sek, so ist auch bei dem elektrischen Strom das Produkt aus Spannung (Volt) und Stromstärke (Ampere) = Voltampere oder Watt das Maß für die Leistung.

Aus der weiter oben gegebenen Erklärung ergibt sich ferner:

1 Volt = 1 Ampere - 1 Ohm,

1 Ampere = f<

1 Volt

1 Ohm

und 1 Ohm —

1 Volt 1 Ampere,

Diese Beziehungen der drei Größen untereinander bilden das wichtige Ohmsche Gesetz: Die Stromstärke ist gleich der Spannung dividiert durch den Widerstand.

Der elektrische Widerstand eines Leiters ist abhängig von der Länge und dem Querschnitt des Leiters, d. h. er ist proportional der Länge und umgekehrt proportional dem Querschnitt, Der Widerstand ist aber auch abhängig von der Art des Leiters,

Abgesehen von den nichtleitenden Stoffen, zu denen hauptsächlich Luft, Glas, Porzellan und Gummi gehören, ist auch das Leitvermögen der Metalle, die zu den bestleitenden Stoffen gehören, sehr verschieden. Der spezifische Leitungswiderstand der für die Elektrotechnik wichtigsten Materialien, bezogen auf 1 in Länge und 1 qmm Querschnitt bei 15° C, ist:

Widerstands Temperaturkoeffizient in Koeffizient: Tausendsteln auf 1 “ 15:

. . 0,016 .    .    0,0172

Silber . . .

Kupfer . . .

Eijen ....

Aluminium .    .

Zink ....

Neusilber. . .

Beleuchtungskohle

Der Widerstand der Metalle ist je nach ihrer Reinheit oder bei den Legierungen je nach ihrer Zusamniensetzung verschieden; er ist außerdem abhängig von der Temperatur. Bei Metallen steigt der Widerstand mit zunehmender Temperatur. Die Zahl, welche angibt, wieviel der Widerstand eines Körpers bei Erhöhung seiner Temperatur um 1°C steigt, heißt sein Temperaturkoeffizient. Mit dessen Hilfe kann man z.B, die Temperaturzunahme einer vom Strom durchflossenen

3,6

4,5 - 4,8

3,7

3,9

0,072

mit

s₀ Magnetwicklung, deren Inneres für eine Messung l, mit Thermometer unzugänglich ist, feststellen. Bei _o- schlecht leitenden Körpern, z. B. Beleuchtungs-f kohle, Magnesia u. a. m., sinkt der Widerstand mit zunehmender Temperatur.

30 40

\0

R\

Abb. 5.

Meßinstrumente. Für die Messung des elektrischen Stroms werden seine Wirkungen in chemischer, thermischer und magnetischer Beziehung benutzt.

Die chemische Wirkung im Voltameter (Zersetzungszelle), nicht zu verwechseln mit Voltmeter (Spannungsmesser), gibt durch die ausgeschiedene Silbermenge das Maß für die durchfließende Stromstärke.

Die durch den Stromdurchgang hervorgerufene thermische Wirkung bildet die Grundlage der Hitzdrahtinstrumente (Hartmann & Braun, Frankfurt a, M.). Die Erwärmung und die hierdurch bedingte Verlängerung des Platindrahtes a (2166. 5) gibt das Maß für die durchfließende Stromstärke. Die Dehnung wird durch den Faden /' und das Rad R auf den Zeiger Z übertragen. Auf der Drehachse von li sitzt noch eine Kupferscheibe, die sich zwischen den Polen eines kräftigen Magneten M dreht und so die Schwingungen des Zeigers dämpft.

Die meisten Meßinstrumente benutzen die magnetischen Wirkungen des Stromes, sei es, daß kleine segmentartig gebogene Eisenplätt-ihen a von der vom Strom durchflossenen Spule s angezogen werden (Abb. 6), sei es, daß eine vom Strom durchflossene Spule (Solenoid) s sich entgegengesetzt der Wirkung einer kleinen Spiralfeder f zwischen den Polen eines kräftigen Hufeisenmagneten dreht. (System Deprez-Arsonval; Abb. 7.)

Schaltet man den Meßapparat unmittelbar in die Hauptleitung ein, so mißt man die durchfließende Stromstärke. Legt man das Instrument, dessen innerer Widerstand dann tut Verhältnis zu dem der Hauptleitung entsprechend groß sein

fX

_ muß, an die Klemmen des

\$

mißt man die elektromotorische Kraft, die Spannung, welche den Strom durch den Leiter

Stromerzeugers (Element, Dy-j uamomaschine oder dgl.), dann

rW

____y I nttfif tttAtt Sto osnft-vnmntnrtfrfw»

Abb. 6.

Abb. 7.

treibt. Abb. 8 zeigt schematisch die Einschaltung von Strom-- und Spannungsmesser in die Verbindungsleitungen zwischen einer Dynamo und einem Motor.

Strommesser X(Amperemeter) I) V/z Windung 0,005 Ohm

Dynamo / 225 Volts** 100Amp\P 22,5 KW J

Spanttungsmesser *5äs*a J (Voltmeter)    f n

150 Windungen    ™

1500 Ohm

Elektromotor \ 220 Volt 1/00Amp r 27,5 PS

Abb. 8.

Die Spule des Amperemeter hat nur einen

Widerstand von 0,005 Ohm; wenn also 100 Amp. durchfließen, dann beträgt der Spannungsabfall 100 - 0,005 = 0,5 Volt = 0,22% der erzeugten Spannung. Der Widerstand der Spule des Spannungsmessers beträgt 1500 Ohm; es durchfließt ihn also eine Stromstärke von M ----- 0,15 Amp.----- 0,15% der erzeugten Stromstärke.

Die Messung des Widerstandes in Ohm erfolgt in der Praxis meistens in der Weise, daß man die Spannung und die Stromstärke in dem betreffenden Stromkreise bestimmt und den Widerstand dann durch die Division, Spannung durch Stromstärke, errechnet. Dies ist meist bequemer als die unmittelbare Feststellung des Widerstandes durch die Wheatstonesche Brücke. Dieser Apparat ist in Abb. 9 schematisch dargestellt. Der Schleifkontakt s kann auf dem genau abgeglichenen Meßdraht mn entlang gleitend bewegt werden. Die Enden dieses Drahtes sind einerseits mit der Stromquelle und andrerseits mit den Enden des Vergleichswiderstandes c und dem zu messenden Widerstände x verbunden, während das Galvanometer g zwischen den Schleifkontakt s und die anderen Enden der beiden Widerstände geschaltet ist. Der Ausschlag der Galvanometernadel g wird gleich Null, wenn sich der unbekannte Widerstand x zu dem bekannten Widerstand c verhält wie die Strecke ny zu my.

Abb. 9.

Die Instrumente, welche gleich das Produkt aus Stromstärke (Ampere) und Spannung (Volt), also die Leistung (Watt) messen, werden Leistungsmesser (Wattmesser) genannt. Sie bestehen aus einer Verbindung von Strom- und Spannungsmesser. Die Apparate, welche die in der Zeit durchgeflossene c Strommenge anzeigen, heißen Amperestun- J denzähler (Coulombzähler); Zähler, bei ^ denen auch die Spannung berücksichtigt wird, |_ werden Wattstundenzähler genannt. Am-

perestunden- und Wallstundenzähler werden meist als Elektrizitätszähler bezeichnet.

f <P

Mb. 10.

Für die Messung von Amperestunden benutzte man zuerst Uhrwerke, deren Pendel unten statt des üblichen Gewichtes einen Stahlmagneten M trugen (Pendelzähler). Unterhalb des Pendels war die von dem zu messenden Strom durchflossene Spule St angebracht (916b. 10a). Da die Schwingungsdauer des Pendels nicht nur von seiner Länge, sondern auch von der Erdanziehung abhängig ist = rej/Q, so wird das Pendel schneller

Bg9,,yS

schwingen, wenn die Spule St anziehend auf den Stahlmagneten M wirkt. Die Voreilung dieses Zählwerkes gegenüber einer Normaluhr gibt das Maß für die durchflossene Strommenge (Ayiperestunden).

Wenn die Spannung dauernd gleich- . mäßig ist, so ist die Voreilung auch j H ^ (t ß (*) proportional der in der Zeit durchgeflossenen Leistung (Wattstunden).

ET®

Sollen etwaige Ungleichmäßigkeiten L* der Spannung berücksichtigt werden, dann wird der Stahlmagnet M durch eine Spannungsspule Sp, d. h. durch eine Spule mit hohem Widerstand ersetzt, die wie ein Spannungsmesser in die Leitung eingeschaltet ist(Abb. 10 b).

\g Abb. 11.    Q

Pendelmatt- HM .    stundenzähler von H. Aron. Elektr. Zähler«

Diese bestehen aus einem umlaufenden fabrik G. nt.> H., Charlottenburg.

Für besonders genaue Messungen werden auch heute noch Pendelwattstundenzähler von H. Aron, Elektrizitätszählerfabrik, G.m.b.H., Charlottenburg, benutzt (9166. 11), während in den weitaus meisten Fällen sog. Motorzähler verwendet werden.

ist

Transformatoren und Umformer.

Anlasser für Drehstrommotoren.

TEUBNERS

9ti

ist

Abb. 12.

Qg

eg g V,8 ge

Kilowattstunden

Anker Ä (Abb. 12), der wie ein Spannungsmesser in den zu messenden Stromkreis eingeschaltet ist, während das Magnetfeld durch zwei vom Hauptstrom durchflossene . Spulen M gebildet wird. Aus der Achse des Ankers befindet sich noch eine Kupfer- oder Aluminiumscheibe Sch, die sich zwischen den Polen eines Stahlmagneten StM bewegt. Die hierdurch bewirkte

wird so eingestellt, daß die Drehgeschwindigkeit

Bremswirkung

Abb. 13. Motorzahler von Kornng L Mathiesen A. G-

des Ankers proportional der durchfließenden Energiemenge ist. Den inneren Ausbau eines solchen Zählers von der Firma KörtingL Mathiesen, A-G., Leutzsch-Leipzig, zeigt Abb. 13.

Dynamomaschinen und Elektromotoren.

Dynamomaschine, Gleichstrommaschi ne, Stromerzeuger für Gleichstrom.

Für die elektrische Kraftübertragung int engeren <3inne (also mit Ausschluß von Telegraphie und Telephonie) kommt nur der durch Induktion erzeugte Strom in Frage. Die Maschine, welche geeignet ist, mechanische Arbeit in elektrische umzuwandeln, nennen wir Dynamo-

Maschine, Stromerzeuger, im Gegensatz zu dem Elektromotor, der dazu dient, die elektrische Arbeit wieder in mechanische umzusetzen. Soweit Gleichstrom in Frage kommt, besteht kein Unterschied im Aufbau der Dynamomaschine und des Elektromotors,

, ■— jede Dynamomaschine kann ylj--3C    auch als Elektromotor ver-

|l, wendet werden.

]| Das Faradaysche Gesetz sagt, ||| daß in einem Leiter, der sich im magnetischen Felde so bewegt, daß er Kraftlinien schneidet, elektrische Spannung erzeugt wird. Die Größe •=£)'»',}) der Spannung ist abhängig von “ J der Zahl der in der Zeiteinheit geschnittenen Kraftlinien, also erstens von der Stärke des magnetischen Feldes, zweitens von der Geschwindigkeit, mit der sich der Leiter bewegt, und wenn wir uns diesen spiralförmig angeordnet denken, von der Zahl seiner Windungen.

Dementsprechend muß eine Dynamomaschine zwei wesentliche Bestandteile haben:

1.    die Elektromagnete, welche das magnetische Feld bilden,

2.    den Stromleiter, der sich in diesem Felde bewegen kann.

Abb. 14 stellt eine zweipolige Gleichstromdynamomaschine dar, die

nach der Lage ihrer Pole als Außenpol- oder nach ihrem ersten Erbauer als L ah meyertype bezeichnet wird. A ist der Stromleiter, der sich um eine Achse drehen kann, N und 8 sind die Elektromagnete (Nord-und Südpol). Der Wicklungsraum für die Spulen ist durch die Punkte (Querschnitte der Drähte) angedeutet. Die Verbreiterung an den Magnetkernen PP nennt man die Polschuhe; sie dienen zur besseren Führung der Kraftlinien und zur weiteren Umschließung des Stromleiters. Der Verlauf der Kraftlinien ist durch dünne, punktierte Linien angedeutet. Der Stromleiter wird, weil er auch das Schlußstück für die Elektromagneten bildet, meistens Anker genannt; die anderweite Be-

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Abb. 14.

Zeichnung Induktor ist jedenfalls sinngemäßer. Der Induktor besteht aus dem Eisenkern E und den darum gewickelten Spulen aus isoliertem Kupferdraht Kx bis JT₁₆. Der Eisenkern E ist aus dünnen Blechen zusammengesetzt, die durch zwischengelegte Papierlagen oder Ölfarbenanstrich magnetisch voneinander isoliert sind, um die Verluste durch Hysteresis und Wirbelströme soweit wie möglich herabzusetzen.

9b

Wird ein kräftiger Strom um die Magnete N und S geleitet und dadurch ein starkes magnetisches Feld erzeugt, dann schneidet die Spule Kt die meisten Kraftlinien, wenn der Anker A schnell in der Richtung des Pfeiles gedreht wird, weil die Bewegung senkrecht zu den Kraftlinien erfolgt. Die in Kx erzeugte elektrischeSpannung erreicht hierdurch ihren Höchstwert.

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IV

Abb. 15.

Bei fortschreitender Bewegung, wenn sich Kx etwa um 45° gedreht hat, werden schon weniger Kraftlinien geschnitten, die Spannung wird geringer. Ist die Spule Kx bei x angekommen, dann bewegt sie sich parallel zu den Kraftlinien, es findet keine Veränderung des Magnetfeldes statt und es wird dementsprechend auch keine Spannung erzeugt. Bei weiterem Fortschreiten nähert sich die Spule Kx dem Südpol, es tritt ein Wechsel in der Stromrichtung ein, die Spannung steigt wieder an, erreicht unmittelbar in der Nähe des Südpols ihren Höchstwert, um dann wieder zu sinken, und zwar wieder bis zum Nullwert bei y.

Trägt man die während einer ganzen Umdrehung (360°) entstehenden Spannungen als Ordinate» auf, dann erhält man eine Sinuskurve, wie sie in Abb. 15 dargestellt ist.

Aus dieser Sinuskurve ergibt sich, daß in den: Anker der Gleichstrom-maschine ein Strom erzeugt wird, dessen Richtung fortwährend wechselt, d. h. jede derartige Maschine ist zunächst eine Wechselstrommaschine. Würde man die Spule Ex und die gegenüberliegende Spule mit Schleifringen verbinden, so könnte man von diesen ohne weiteres den erzeugten Wechselstrom ableiten. Um statt des Wechselstromes Gleichstrom, besser gesagt, um einen Strom von dauernd gleicher Richtung zu erhalten, muß zu den beidengenanntenHauptteilennochein dritterhin-zutreten, der sog. Stromabgeb er C (Kommutator, Stromwender).

Der Stromabgeber ist kreisförmig angeordnet und enthält so viele voneinander isolierte Kupfer-lamellen, als Spulen auf dem Anker vorhan-₄ den sind. Diese Spulen sind mit den ein-, zelnen Lamellen verbunden. Letztere sind auf einer Büchse befestigt und nehmen dadurch, daß die Büchse mit der Ankerachse verbunden ist, an der Drehung des Ankers teil. irfj'Mia Der an Spule ^ beschriebene Vorgang voll^ 'Ck+ß zieht sich in allen 16 Spulen, und die in diesen erzeugten Spannungen addieren sich, während die Stromstärke, welche von dem äußeren Widerstände abhängig ist, einen mittleren Wert annimmt. Ordnet man nun auf dem Stromabgeber Schleifbürsten so an, daß sie den Strom von den Spulen entnehmen, die sich gerade in der Richtung x bis y, der sog. neutralen Zone, befinden, so erhält man Gleichstrom, der immer von denSpulen abgenommen wird, die sich in einer ganz bestimmten Lage zum magnetischen Feld befinden.

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4a'

Abb. 16.

In Abb. 14 ist der Anker als Ring dargestellt (Ringanker), wie er vonPacinotti*) angegeben und von Gramme^) und Schuckert^) verbessert worden ist; letzterer hat ihm einen flachen Querschnitt gegeben (Flachring).

Heute werden aber die Anker meistens als Trommelanker in der von Hefner-Alteneck^) angegebenen Form ausgebildet. Die isolierten Kupferdrähte werden beim Trommelanker nur um den äußeren Mantel des Eisenkerns herumgelegt, wodurch eine bessere Ausnutzung des

1)    Pacinotti, Antonio, Hat Physiker, geb. den 17. Juni 1841 zu Pisa, Prof. a. d. Universilät Pisa, gest. 1912.

2)    Gramme, Zenobe Theophile, Elektrotechniker, geb. den 6. April 1826 zu Jehay-Bedignee in der belg. Provinz Lüttich, gest. den 20. Jan. 1901 in Bois de Colombe bei Paris.

3)    Schuckert, Sigmund, geb. den 18. Oktober 1846 zu Nürnberg, Gründer der Firma Elektr. Akt.-Ges. vorm. Schuckert & Co, Nürnberg, gest den 17. Sept. 1895 zu Wiesbaden.

4)    von Hefner-Alteneck, Friedrich, Ingenieur, geb. den 27. April 1845 zu Aschaffenburg, langjähriger Oberingenieur der Firma Siemens & Halste, hervorragender Konstrukteur: Trommelanker, Differentialbogenlampe; Lichteinheit: Hefnerkerze.

Leitungsmaterials gegenüber dem Ringanker erreicht wird. Während die Ringwicklung und die Verbindung der einzelnen Spulen mit bent Stromabgeber nach Abb. 14 ohne weiteres verständlich ist, erscheint die Trommelwicklung in Abb. 16 weniger übersichtlich. Die ausgezogenen Linien deuten die Verbindungen auf der Seite des Stromabgebers an, die punktierten Linien diejenigen auf der entgegengesetzten Seite des Ankers. Der Stab 1 ist zunächst mit dem Stromabgebersegment und dann mit la auf der entgegengesetzten Seite verbunden, ferner 1 a mit 2, 2 mit dem Stromabgeber und 2 a usw.; der Schluß der Wicklung erfolgt von Sa zu 1. Wenn die Wicklungsdrähte auf der glatten Oberfläche des Ankers liegen, spricht man von einem glatten Anker (Abb 16), sind sie in Nuten eingebettet, von einem Nutenanker. Die Nuten können ganz offen, halb offen oder geschlossen sein (Abb. 17a—c).

Abb. 17.

Der von der Gleichstrommaschine erzeugte Strom besitzt ohne weiteres die für die gleichmäßige Speisung der Magnetwicklung erforderlichen Eigenschaften, er kann also auch unmittelbar hierfür verwendet werden. Je nach der Art, wie man den Erregerstrom von der Dynamo entnimmt, spricht man von Maschinen mit Hauptstrom- (Serien-) Wicklung, Nebenschluß Wicklung und Verb und Wicklung.

Bei derHauptstrommaschine wird der vom Stromabgeber kommende Strom in seiner ganzen Stärke (Hauptstrom) mit nur wenigen Windungen um die Magnete geleitet (Abb. 18). Wenn eine derartige Maschine gleichbleibende Spannung erzeugen soll, so muß auch die durchfließende Stromstärke gleichbleibend sein, d. h. die Dynamo muß dauernd gleichmäßig belastet sein, eine Voraussetzung, die nur in seltenen Fällen zutrifft. Die Hauptstromwicklung wird daherbei Stromerzeugern nurselten angewendet.

Bei der Nebenschlutzmaschine (Abb. 19) wird ein geringer Zweigstrom (Nebenschluß) in vielen dünnen Windungen um die Magnete geleitet. Die Folge davon ist eine gewisse Unabhängigkeit der erzeugten Spannung von der im Anker fließenden Stromstärke. Es ist aber zu berücksichtigen, daß der umlaufende Anker, besonders bei großer Belastung,

- ebenfalls stark magnetisch wird, und da sein Feld um 90° verschoben ist, so wirkt dieses schwächend auf das durch die Elektromagnet« gebildete Feld;

. diesen Vorgang nennt man Ankerrückwirkung .    (A n k e r r e a k t i o n). Die Ankerrückwirkung bewirkt

Abb. 19.

eine Verminderung der Spannung bei starker Bell lastung der Nebenschlußmaschine. Um diesen Übel-I stand zu beseitigen, ist in die Magnetwicklung ein ^ regulierbarer Widerstand (Nebenschlußregu-_ lotor) eingeschaltet, der es gestattet, den Erregerstrom je nach der Belastung der Maschine zu verringern oder zu verstärken und somit gleichbleibende Spannung an den Stromabgeberbürsten, unabhängig von der Belastung, zu erhalten.

Durch die Verbundmaschine (Compoundmaschine,Doppelschlus;-maschine) — (Abb. 20) — wird, da sie eine Verbindung der beiden vorher genannten Maschinen ist, die gleichbleibende Spannung selbsttätig erreicht. Außer der Nebenschlußwicklung ist auch der Hauptstrom in wenigen Windungen um die Magnete geführt, und die Folge davon ist, daß das von denr Elektromagneten gebildete Feld im gleichen Maße, wie es durch die Ankerrückwirkung bei steigender Belastung geschwächt, durch die in der Hauptstroniwicklung wachsende Stromstärke verstärkt wird. Zur genauen Einstellung der Spannung ist auch hier ein Regulierwiderstand erforderlich, besonders zum Ausgleich etwaiger Geschwindigkeitsschwankungen der die Dynamo antreibenden Kraftmaschine. Vielfach wird behauptet, die Verbundmaschine (Compoundmaschine) sei veraltet und würde wenig S. angewendet. Das ist unzutreffend; der Vorteil der gleichbleibenden Spannung ist so groß, daß man gewisse Nachteile, welche die Verbund-Maschine bei der Parallelschaltung mit anderen Dynamos oder mit einer Akkumulatorenbatterie aufweist, mit in den Kauf nimmt.

Bei der Erläuterung derNebenschlußmaschine ist darauf hingewiesen, daß das Ankerfeld je nach seiner Größe das Magnetfeld beeinflußt. Ist die Größe des ersteren mit Fa (Abb. 21), die des letzteren mit Fm bezeichnet, so ergibt sich nach

dem Parallelogramm der Kräfte ein resultierendes Feld mit der Richtung Fr. Die Folge davon ist, daß rr die sog. neutrale Zone nicht mehr in die Richtung xy £

—•»

TN

Abb. Li.

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(Abb. 14) fällt, sondern um den Winkel a verschoben 3 ist. Deshalb müssen die Bürsten in diese Richtung gestellt und bei wachsender Belastung, d. h.bei stärkerem Ankerfeld Fa, in der Drehrichtung verschoben werden (•£; cj. Wird dies unterlassen, so gibt die Maschine lebhafte Funken am Stromabgeber, was zu dessen baldiger Zerstörung führt. Von einer guten Gleichstromdynamo verlangt man deshalb heute, daß eine Verschiebung der Bürsten zwischen Null- und Vollast gar nicht oder nur in ganz geringem Maße erforderlich wird. Um dieser Forderung zu genügen, werden die Gleichstrommaschinen vielfach mitHilfsPolen (Kompensationsoder Wendepolen) ausgerüstet, die zwischen je zwei Hauptpolen liegen. Die Größe ihrer magnetischen Wirkung ist der des Ankers gleich, aber ihre Polarität ist entgegengesetzt (Abb. 22). Der von den Stromabgeberbürsten kommende Hauptstrom wird um diese Hilfspole geführt, die durch den Ankerstrom hervorgerufene Feldverzerrung wird dadurch aufgehoben.

Früher wurde bereits darauf hingewiesen, daß die Magnetisierung nicht ganz verschwindet, wenn der magnetisierende Strom auf Null herabgesetzt wird. Der zurückbleibende Teil heißt der remanente Magnetismus des Eisens. Dieser genügt, um in dem sich drehenden Anker eine gewisse Spannung zu erzeugen, welche bewirkt, daß ein entsprechender Strom um die Magnete fließt. Dadurch wird wiederum die Ankerspan-uung erhöht, und dieses Spiel der gegenseitigen Verstärkung setzt sich fort, bis die der vollen Erregung entsprechende Spannung erzielt ist. Die von Werner von Siemens') entdeckte Wechselwirkung zwischen Anker und Elektromagneten heißt: dynamoelektri-schesPrinzip. Seine Kenntnis hat es erst ermöglicht, Dynamomaschinen mit Leistungen von Tausenden von Kilowatt zu bauen. Die ursprünglichen

Abb. 22.

1) Siemens, Werner von, berühmter Elektriker, geb. den 13. Dez. 1816 zu Lenthe bei Hannover, hervorragender Konstrukteur auf dem GebietederTelegraphie, Gründer der Firma Siemens & Halske, A.-G., Berlin, gest. den 6. Dez. 1892.

magnet elektrischen Maschinen, d. h. solche mit permanenten Stahlmagneten, werden heute nur noch für kleine Lei-^^stungen: Kurbelinduktoren für -»y* Fernsprecheinrichtungen, für Jsolationsprüfungen und für Geschwlndigkeitsmessungen gebaut.

n wese?

Abb. 23.

Der Stromabgeber (Kommutator, Kollektor) besteht aus einer großen Zahl von Kupferlamellen s, die durch Glimmer oder Mikanit, bei geringer Spannung auch durch Preßspan, voneinander isoliert sind (Abb. 23), Vermittels schwalbenschwanzförmiger Einkerbungen sind die Lamellen in einer gußeisernen Büchsen und mit dieser auf der Weller-befestigt. Die Stromabnahme erfolgt jetzt, nachdem es gelungen ist, gut leitende Kohle herzustellen, meistens durch Kohlenbürsten. Die Bezeichnung Bürste stammt noch aus der Zeit, in der zur Stromabnahme wirkliche Bürsten, bestehend aus vielen nebeneinander gelegten Kupferdrähten, verwendet wurden. Die Kohlenbürste b gleitet in dem Kohlenhalter h, sie wird durch eine kleine Spiralfeder an die Kupferlamellen gepreßt. Mehrere Bürstenhalter sitzen auf einem Metallstift, dieser wird von der Bürstenbrücke (Bürstenstern) c getragen. Die Bürstenbrücke muß,

mit Rücksicht aufdie früher erwähnte Verschiebung der Bürsten, je nach der Belastung der Maschine, drehbar angeordnet werden. Sie ist bei kleinen Maschinen meistens auf dem Lagerhals, bei großen am Magnetgehäuse be-festigt.

Abb. 24. Siemens-Schuckert-Werke, Berlin-Nürnberg. Modell G. M. 85 — Gr. M. 195.

Die Zahl der Kohlenbürsten rich tet sich in erster Linie

nach der abzuführenden Stromstärke. Hat z. B. eine Dynamomaschine, welche 240 Ampere erzeugt, 4 Magnetpole, also 2 Nord - und 2 Südpole, dann sind, wenn man für 1 qcm Kontaktfläche 8 Amp. rechnet und wenn

jede Kohlenbürste 2,5 cm breit und 1,5 cm dick ist,

240

-- 4

2 - 8 - 2,5 . 1,5

Kohlenbürsten für einen Pol oder Bürstenslift erforderlich.

Bei kleineren Maschinen, etwa bis zu 10 Kilowatt Leistung, genügt

Abb 25. Große Dynamo von den Deutsch. Eleklr. Werken, Aachen.

ein Polpaar, N und S; für größere Leistungen erhöht man zweckmäßig die Zahl der Polpaare bis zu 12, je nach Leistung, Stromstärke, Spannung und Umdrehungszahl. Das Magnetgehäuse wird teils aus Gußeisen, teils aus Stahlguß hergestellt. Abb. 24 zeigt eine kleine Dynamo von den Siemens-Schuckert-Werken, Abb. 25 eine zwölfpolige Type mit Hilfspolen von den Deutschen Elektrizitätswerken, Aachen.

Wirkungsgrad der Dynamomaschine.

Die Umwandlung der Energie ist mit Verlust verbunden, denn die Dynamomaschine setzt nicht die ganze ihr zugeführte mechanische Arbeit in elektrische um, sondern verbraucht einen Teil davon für sich.

Der Verlust wird hervorgerufen durch:

1.    Reibungsarbeit in den Lagern und an den Bürsten, außerdem durch die Luftreibung zwischen dem Anker und den Magnetpolen (Reibungsverlust);

2.    Wärmeentwicklung im Anker- und Magneteisen, die Folge derHyste-resis und der Wirbelströme (Eisenverluste);

3.    Wärmeentwicklung infolge des Stromdurchganges durch die Ankerwicklung (Kupferverlust);

4.    Stromverbrauch für die Erregung der Magnete (Kupserverlust);

5.    Übergangswiderstand zwischen den Bürsten und dem Stromabgeber (Spannungsverlust).

Um die Verluste unter l.und 2. festzustellen, läßt man die Maschine mit voller Umdrehungszahl als Motor laufen und mißt den Arbeitsverbrauch in der Ankerwicklung. Es wird angenommen, daß die Verluste unter 2. auch bei voller Ankerstromstärke nicht oder nicht nennenswert größer sind als bei der Leerlaufstromstärke.

Der Verlust unter 3. wird errechnet aus der bei Vollast auftretenden Stromstärke Jund dem durch Messung ermittelten Widerstand w der Ankerwicklung. Die Leistung ist = Stromstärke • Spannung, A = J- E. Nach dem Ohmschen Gesetz ist aber E=J- w, also ist auch A = JJw =J²wt d.h. der Leistungsverlust in der Ankerwicklung ist gleich dem Quadrat der Stromstärke multipliziert mitdemWiderstand der Ankerwicklung.

Der Verlust unter 4. ist gleich dem Produkt aus der durch die Magnetwicklung fließenden Stromstärke und der von der Maschine erzeugten Spannung. Der Verlust im Regulierwiderstand geht zu Lasten der Dynamomaschine.

Der Verlust unter 5. ist meist gering; er wird berechnet aus dem Spannungsabfall zwischen dem Stromabgeber und der Bürstenbrücke und der durchfließenden Stromstärke.

Bei Kupferbürsten ist der Spannungsabfall wesentlich geringer als bei Kohlenbürsten. Bei Maschinen für 65 Volt Betriebsspannung fällt natürlich dieser Spannungsabfall mehr ins Gewicht als bei solchen mit 500 Volt Betriebsspannung.

Beispiel: Bei der Abnahmeprüfung einer Dynamo für 85 Kilowatt = 450 Bott • 189 Amp. bei 600 Umdrehungen in der Minute wurden folgende Verluste festgestellt:

1 u 2. Die Ankerwicklung verbrauchte, wenn die Dynamo als Motor lief: 7,3 Amp. - 450 Volt =

3 285 Watt

3 930    „

1098    „

3.    Der Ankerwiderstand wurde festgestellt zu 0,11 Ohm, also betrug der Ankerverlust: 189 • 189.0,11 =

4.    Die Stromstärke in der Magnetwicklung war 2,44 Amp., also der Energieverbrauch für Erregung: 2,44-450 =

480    „

Summe der Verluste: 8793 Watt Nutzbar abgegebene Leistung: 85 000    „

Der Dynamo zugeführte Leistung: 93 793 Watt

5.    Der Spannungsabfall an den Bürsten betrug 2,55 Volt, also der Arbeitsverlust: 2,55 • 189 =

Wirkungsgrad der Dynamo: ^ooo Ä 90,6%

Näheres siehe: Normalien für Bewertung und Prüfung von elektrischen Maschinen und Transformatoren, beschlossen vom Verband deutscher Elektro-' techniker, Verlag Jul. Springer, Berlin.

Parallelschaltung von Gleichstromdynamos.

In säst allen Anlagen, in denen mehrere gleichartige Stromerzeuger vorhanden sind, wird die Forderung gestellt, daß sie auf ein gemeinsames Leitungsnetz arbeiten, d. h. daß sie parallelgeschaltet werden können.

BeiHauptstromma'chinen ist dies nicht möglich; höchstens kommt bei diesen eine Hintereinanderschaltung zum Zwecke der Spannungserhöhung in Frage, aber nur selten. Bei Nebenschlußmaschinen bietet die Parallelschaltung keine Schwierigkeiten.

tyi

Arbeitet z. B. die Dynamo Z)l (Abb. 26) auf das Leitungsnetz und soll die Maschine A zugeschaltet werden, dann schließt man zunächst den Schalter S₂ +• Dadurch wird der Magnetstromkreis geschlossen, weil die Magnet- ,    ^

a)

leitung auf der — Seite vor dem Schalter sF » !i S₂ — ab gezweigt ist; man hat dadurch die (Z Sicherheit, daß die Magnete in der richtigen    "

Mt

Weise erregt werden. Wenn die Maschine D₈ mit der vollen Geschwindigkeit läuft, stellt man den Hebel des Regulierwiderstandes    w. sc.

so ein, daß der Spannungsmesser 7ä mit Vt übereinstimmt. Nun wird der Schalter S₂ — eingeschaltet, und die Parallelschaltung ist fertig. Die Dynamo D₂ gibt nun zunächst wenig oder gar keinen Strom in das Netz ab; erst durch Verstärkung des Magnetfeldes kann sie zur entsprechenden Stromlieferung herangezogen werden.

ANuG 424: Kühn, Elektrische Kraftübertragung. 2. Aufl.

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Ausgleichleitung

Abb. 27.

Auch Verbundmaschinen lassen sich tzT ohneSchwierigkettparallelschalten, wenn die Bürstenklemmen beider Maschinen, von denen die Haupt-strommagnctleitungen (Verbundwicklungen) abzweigen, durch eine Ausgleichleitung verbunden werden. Der Querschnitt dieser Leitung wird etwa halb so groß wieder der Hauptleitung gewählt (Abb. 27).

Wechselstromdynamo (-Maschine, -erzeuget, -generator).

Die Wechselstromerzeuger bestehen wie die Gleichstrommaschinen aus einer Ankerwicklung, in welcher der Strom durch das magnetische Kraftlinienfeld erzeugt wird, und aus der vom Gleichstrom dmchflossenen Magnetwicklung. Während aber bei den Gleichstrommaschinen die Magnete still stehen und der Anker sich dreht, ist es bei den Wechselstrom-maschinen meist umgekehrt: der Anker ist ruhend angeordnet und das Magnetsystem dreht sich. Deshalb wird der Anker der Wechselstrommaschinen vielfach als S t ä n d e r (Stator) und das Rad mit den Magnetpolen als Läufer (Rotor) bezeichnet.

Aus der Schilderung der Gleichstromdynamo ist zu ersehen, daß in dem Anker ein Strom erzeugt wird, der seine Richtung fortwährend wechselt. Da es nach dem Gesetz der Induktion gleichgültig ist, ob die induzierte Wicklung oder das induzierende Magnetfeld sich bewegt, so ändert die Bauart der Wechselstrommaschine nichts an der Art der Stromerzeugung (Abb. 28). Die Sinuskurve entspricht genau derjenigen in Abb. 15, nur ist sie um 90° verschoben. Befindet sich die induzierte Spule zwischen den beiden Magnetpolen, dann ist die in ihr erzeugte Spannung gleich Null. Hat sich die Spule um 90° gedreht, steht sie also mitten vor dem Nordpol, dann erreicht ihre Spannung den Höchstwert; bei weiterer Drehung um 90° ( = 180°) sinkt sie wieder auf Null, bei 270° hat sie wieder ihren Höchstwert, aber bei umgekehrter Richtung, und bei 360° kehrt sie wieder auf die Nullstellung zurück. Man bezeichnet den oberhalb der Linie xy liegenden Teil als positiv (+), den darunter liegenden Teil als negativ (—). Da der Strom bei jedem

l+v

m %io 2Xo°

H—ß/oLocd^od—^L— ßolwtduoel—

L---S/CAÄoAe--»

Abb. 28.

Erzeugung des Wechselstromes, Phasenverschiebung

co

Ql

Durchgang vor einem Pol feine Richtung wechselt, so nennt man tue Teile von 0 bis 180° und von 180 bis 360" Polwechsel, die ganze Länge von 0 bis 360° Periode; also eine Periode umfaßt zwei Polwechsel.

Das Auf- und Absteigen der Spannung würde sich beigeriugerPerrodenzahl^Fre-q u enz) in einem Flackern der durch solchen Wechselstrom gespeisten Lampen bemerkbar machen; man ist deshalb übereingekommen, 50Perioden ----- 100 Polwechsel in der Sekunde als normale Frequenz festzusetzen. Hiervon wird nur in ganz besonderen Fällen Abstand genommen, z. B. bei mit Wechselstrom betriebenen Bahnen und in solchen Anlagen, bei denen der Wechselstrom wieder in Gleichstrom verwandelt werden soll.

Eine Wechselstrommaschine, die 10 Pole hat, muß also 600 Umdrehungen in der Minute machen, um 100 Polwechsel ----- 50 Perioden

in der Sekunde zu erzeugen:    ------ 100. Hiernach ergeben sich

folgende Pol- und Umdrehungszahlen:

Umdre-

hungszahl: 83|94|l07|l25|l50jm|25o|300j875j500|600|75.0jl000|l500l3000

Polzahl: 72;64j 56 I 48 I 40 I 32 | 24 | 20 | 16 | 12 | 10 | 8 | 6 | 4 | 2

Schickt man Wechselstrom in die Spule eines Elektromagneten, so ist die in der Spule fließende Stromstärke nicht gleich der Spannung dividiert durch den Ohmschen Widerstand der Spule, sondern wesentlich schwächer. Das ist die Folge der Selbstinduktion, denn jede der vielen Drahtwindungen wirkt infolge der auf und ab steigenden Spannung und der sich daraus ergebenden Änderung der Stromstärke und des Magnetfeldes induzierend aus die nebenliegende Drahtwindung, und zwar dergestalt, daß bei ansteigender Stromstärke in Windung 1 ein entgegengesetzter Strom in Windung 2 entsteht; bei absteigender Stromstärke in Windung 1 ist die Stromrichtung in Windung 2 die gleiche. Eine Folge davon ist, daß die Stromstärke der Spannung nacheilt; diese Erscheinung wird als Phasenverschiebung bezeichnet.

Ist keine Phasenverschiebung vorhanden, ist z. B. ein Wechselstromgenerator nur mit Glühlampen belastet, die so gut wie gar keine Selbstinduktion haben, dann gilt auch hier das Gesetz, daß die Leistung gleich

■>!

j dem Produkt aus der Stromstärke und der Spannung ist. Wenn in Abb. 29 ! die Kurve 1 den Verlauf der Strom-^ stärke und die Kurve 2 den Verlauf der ' Spannung darstellt, dann gibt die Kurve 3 das Matz für die Leistung aus 1 und 2. Sie verläuft nur oberhalb der

180

360⁰

«66. 29.

xy&mt, gemätz dem mathematischen Grundsatz, datz das Produkt aus zwei negativen Größen stets positiv ist.

Tritt aber eine Phasenverschiebung ein, eilt z.B.der Strom (Kurve 1, Abb. 30) um 45° der Spannung (Kurve 2) nach, dann ergibt sich, daß zu gewissen Zeiten positive Spannung und negative Stromstärke zusammenfallen, d. h. es tritt eine negative Leistung auf, die um so größer ist, je größer der Winkel der Phasenverschiebung ist.

Um diesen Betrag der negativen Leistung wird das Produkt aus Spannung und Stromstärke, die sch ein bare Leistung (Voltampere), vermindert; der Rest ist die wirkliche Leistung (Watt). Die wirkliche Leistung ist gleich dem Produkt aus der scheinbaren Leistung und dem Kosinus des Phasenverjchiebungswinkels. Letzterer wird allgemein mit g> bezeichnet: also A — E ■ J• cos cp.

Der Faktor cos cp wird der Leistungsfaktor genannt. Ist <x = 0, dann ist cos gp = 1; d. h. wenn der Winkel der Phasenverschiebung --- 0 ist, wenn also keine Nacheilung des Stromes vorhanden ist. dann ist    Beträgt die Phasenverschiebung P---90°, dann ist cos cp

---- 0, d. h. das Produkt E-J-cos cp ist ebenfalls Null; man spricht in solchen Fällen von „wattlosen Strömen'*.

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-4-

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ISO |X Abb. 30.

360 I

Hieraus erklärt sich, warum man die Leistung von Wechselstromerzeugern nicht in Kilowatt, sondern in Kilovoltampere angibt Es ist dies die Leistung, welche die Maschine bei induktionsfreier Belastn ng, <p=0, cos go = l, abgeben kann. Ist z.B die Phasenverschiebung im Gesamtstromkreis einer Wechselstrommaschine von 100 Kilovoltampere Leistung, abgekürzt 100 kVA, = 45° (Äbb. 30), dann ist i cosgp = 0,707, und die Maichine t— y kannnureinewirklicheLeistung i    von 70 Kilowatt, abgekürzt 70 klV,

abgeben.

In ihrem Aufbau unterscheidet

sich die Wechselstrommaschine nicht wesentlich von der Gleichstromdynamo. Der erzeugte Wechselstrom ist für die Erregung der Magnete ungeeignet, deshalb ist für den Betrieb der Wechselstrommaschine meist noch eine kleine Gleichstromdynamo, — Erregermaschine genannt, — erforderlich, wenn für die Speisung der Magnetwicklung keine andere Gleichstromquelle zur Verfügung steht. Die Erregermaschine ist vielfach mit der Wechselstrommaschine gekuppelt, und der von der ersteren erzeugte Gleichstrom wird durch Schleifringe, die auf der Achse isoliert befestigt sind, den Magneten zugeführt. Man spricht von einer Jnnenpolmaschine, wenn das Magnetrad (Rotor) innerhalb des Anker-(Stator-)gehäuses angeordnet ist; von einer Außenpolma-schine, wenn die Magnete außen liegen. Ist das Magnetrad so schwer ausgebildet, daß es das übliche Schwungrad der mit dem Generator gekuppelten Dampfmaschine (Gasmotor, .Dieselmotor usw.) ersetzen kann, so heißt ein derartiger Stromerzeuger Schwungradmaschine.

Zwei- und DreiPhascnwechsklstrom-(Drchstrom-)Maschinrn.

x-

Bei der oben beschriebenen Wechselstrommaschine ist angenommen, daß der Anker (Stator) nur eine in sich geschlossene Wicklung besitzt. Eine derartig gebaute Maschine wird als einphasige (Einphasen-) Wechselstrommaschine bezeichnet. Einphasenmaschinen sind im allgemeinen für Kraftübertragungszwecke wenig geeignet, wohl aber für Lichtversorgung verwendbar. Der Grund hierfür liegt nicht so sehr in den Stromerzeugern als in den Einphasenwechselstrommotoren, . die S. 52 erläutert werden.

«K

Für Kraftübertragung besser geeignet . sind die Zweiphasen-, besonders aber die I .

¹__\ '__

Dreiphasen- oder Drehstrommaschinen.

Abb. 31.

Bei der Zweiphasenmaschine wird die Wick- ^ lung in zwei, bei der Drehstrommaschine in drei Teile zerlegt, und diese werden bei der ersteren um 90°, bei der letzteren um 120", bezogen auf die ganze Periode von 360", gegeneinander versetzt.

Die Folge dieser Anordnung ist, daß beim Zweiphasenstrom die Leistung der Phase I immer ihren Höchstwert besitzt, wenn die Leistung der Phase II gleich Null ist. (Abb. 31)

Beim Dreiphasenstrom — kurz Drehstrom genannt — verlaufen die Strom- und Spannungs-

T\z

_kurven wie in Abb. 32 dargestellt

j____:

11-.'—

li

--t

360°

120

240

[—1 Periode Abb. 32.

? ist. Die Dreiteilung hat den großen Vorteil, daß die Summe der drei .1 Ströme, wenn man die entsprechenden Vorzeichen einsetzt, in jedem Augenblick gleich Null ist. Ist z. B. die Spannung und ebenso die Stromstärke der Phase I ------7- a, dann ist die Spannung von Phase

II = — | und die von Phase III ebenfalls = — ^, weil sin 30° = \ ist,

also {+

a — --

) = 0. Dieser Zustand ändert sich auch während

der Drehung nicht. Ist z.B. die Spannung der Phase 1=0, dann ist die der Phase 11 = — 0,866, die der Phase III = + 0,866, die Summe der drei Spannungen wieder = 0. Zur Fortleitung dieses Dreiphasenstromes genügen deshalb 3 statt 6 Leitungen, denn jede der drei Leitungen ist jederzeit dieRückleitung fürdiebeidenandern und umgekehrt. Voraussetzung ist hierbei, daß die Stromstärken in den drei Phasen vollständig oder wenigstens annähernd gleich sind. Beim Betrieb von Dreiphasenmotoren (Kraftanlagen) trifft dies ohne weiteres zu. Bei Lichtanlagen muß man die Lampen möglichst gleichmäßig auf alle drei Phasen verteilen.

zz>:

Von den sechs Enden der drei Wicklungen eines Drehstromgenerators werden je drei unter sich und die übrigen drei mit den abgehenden Hauptleitungen verbunden (Abb. 33). Man nennt diese Verkettung dem Bilde nach: „Sternschaltung". Bezeichnet man die in jeder Wicklung erzeugte Spannung „Phasenspannung" mit e, dann ergibt die Ausmessung, daß die zwischen zwei äußeren Klemmen herrschende Spannung „Klemmenspannung" E = 1,732 e oder E = e]/3 ist.

Die gesamte Leistung des Drehstromes ist nun gleich der Summe der Leistungen in den drei Wicklungen (Phasen), d. h. Ä = 3 eJ.

Da nun

e = -- ist, so wird

3 EJ

V*

oder

A=y~3EJ.

VS

yv

J’ i7s

Das, was bei der Betrachtung des einphasigen Wechselstromes über Selbstinduktion und Phasenverschiebung, d. t). über das Nacheilen der Stromstärke gegen die Spannung gesagt ist, gilt auch für den dreiphasigen Wechselstrom oder Drehstrom.

Ist also eine Phasenverschiebung vorhanden, dann wird

*, iy i-

Avv. 84.

A — Yd E ■ J cos cp.

Eine zweite Art der Verkettung, die meistens nur bei großen Stromstärken und geringen Spannungen angewendet wird, läßt Abb. 34 erkennen. Dem Bilde entsprechend heißt sie: „Dreiecksschaltung".

Aus der Skizze ist ersichtlich, daß bei dieser Verkettung die Phasenspannung gleich der Klemmenspannung ist, dagegen ist nun die in der Hauptleitung zusammenfließende Stromstärke J = ]/3 i, und dementsprechend ist die Leistung wieder

A = yÜJ ■ E oder A = Y3 J. E cos cp.

Im Aufbau sind die Einvhasen- und Dreiphasen-(Drehstrom-)ge-neratoren vollständig gleich; sie unterscheiden sich nur durch die Wicklung des Stators, die infolge der Verkettung des Dreiphasenstromes etwas anders gestaltet ist.

Die Schaltung eines achtpoligen Drehstromgenerators („Jnnen-polmaschine") ist in Abb. 35 dargestellt. Auf dem Magnetrad aus Gußeisen — bei großen Maschinen, in denen erhebliche Fliehkräfte auftreten, müssen die Magneträder aus Stahlguß hergestellt werden — sind acht schmiedeeiserne Magnetpole ausgeschraubt, die nach außen mit Polschuhen ausgerüstet sind. Auf der Maschinenachse sind zwei Schleifringe B— isoliert befestigt, die von den feststehenden J Schleifbürsten B den zur Erregung erforderlichen Gleichstrom erhalten. Die Ringe sind mit der Magnetwicklung verbunden, die so geschaltet ist, daß immer ein Nord-

und ein Südpol aufeinander folgen. Jedem Magnetpol stehen drei Spulen der Stator-^ Wicklung gegenüber, die in den entsprechenden Schlitzen des Ankereisens ruhen. Die Wicklungen la ld, 2 a 2 d und 3 a bis 3 d sind auf der entgegengesetzten Seite des Stators in gleicher Weise verbunden, doch ist mit Rücksicht auf die Übersichtlichkeit diese Verbindung in der Zeichnung nicht dargestellt. In jeder der drei Wicklungen wird infolge der Umdrehung des Magnetrades einphasiger Wechselstrom erzeugt und, da die Enden der drei Wicklungen Id, 2d und 3 d miteinander verbunden sind, so entsteht eine Verkettung nach der Sternschaltung; die drei Hauptleitungen zweigen von den Anfangspunkten der Wicklungen 1 a, 2 a und 3 a ab.

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Abb. 36.

In Abb. 36 ist die Befestigung des unterteilten Ankereisens A in dem Gußeisengehäuse G dargestellt, das mit Rücksicht auf genügende Festigkeit kastenförmigen Querschnitt besitzt. Die seitlichen Verbreiterungen dienen zum Schutze der Wicklungen, die Öffnungen im Rücken des Gehäuses zur besseren Abführung der Wärme. In den Nuten N liegen die isolierten Wicklungen Wt die bei geringer Spannung (220 und 500 Volt) aus wenigen dicken Stäben, bei hoher Spannung (2000 bis 10000 Volt) aus vielen dünnen Drähten mit besonders guter Isolation bestehen.

Abb. 37 und 38 stellen Magnetrad (Rotor) und Ankergehäuse

(Stator) eines zwölspoligen Drehstromgenerators von etwa 100 Kilovoltampere Leistung dar.

Abb. 37. I2poliges Magnetrad eines Drehstromgenerators (Rotor).

Das über den Wirkungsgrad der Gleichstromerzeuger Gesagte gilt sinngemäß auch für die Einphasen- und Dreiphasengeneratoren. Wegen der besseren Ausnützung des Leitungsmaterials sind die Drehstrommaschinen den Einphasenwechselstrommaschinen so-

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Abb. 38. Ankergehäuse eines Drehstromgenerators (Stator).

wohl im Wirkungsgrad als auch in der Leistungsausnutzung der einzelnen Maschinenmodelle überlegen.

Parallelschaltung von Wechselstrommaschinen.

Für das Zusammenarbeiten von Gleichstrommaschinen auf ein gemeinsames Leitungsnetz genügt es. daß die zuzuschaltende Dynamo auf die gleiche Spannung wie die im Betrieb befindliche gebracht wird. Die zuzuschaltende Wechselstrommaschine muß dagegen mit der in Betrieb befindlichen in Übereinstimmung gebracht werden in bezug auf:

a)    Spannung,

b)    Frequenz (Periodenzahl),

c)    Phase der Klemmenspannung.

Die Regulierung der Spannung wird wie beim Gleichstrom durch entsprechende Einstellung des Magnetregulators bewirkt. Die Gleichheit der Frequenz (Synchronismus) wird durch Beeinflussung der Umdrehungszahl der Antriebsmaschine (Turbine, Dampfmaschine usw.), d. h. durch Verstellung des Regulators erzielt. Zur Erkennung des Syn-

chronismus und der Phasengleich-5V heit bedient man sich der „ Phasen -lampen''. Abb.39 zeigt das Schaltungsschema für zwei Einphasengeneratoren. von denen Gx bereits im Betrieb ist, während G₂ zugeschaltet werden soll. Dementsprechend ist der doppelpolige Schalters geschlossen, S₂ geöffnet. Nachdem G₂ ungefähr auf die richtige Umdrehungszahl gebracht ist, wird der Magnetregulator B W₂ so eingestellt, daß der Spannungsmesser V₂ gleich Vx zeigt. Die Leitungen vor und hinter dem Schalter S₂ sind durch Lampen PhL (Phasenlampen) verbunden; zu der einen Lampe ist ein Voltmeter (Synchronvoltmeter) parallel geschaltet.

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Abb. 39.

Wenn nun die Spannung von G₂ nicht mit der von Gx übereinstimmt, wenn z. B. die erstere einen Höchstwert hat, während die andere Null ist, dann werden die Lampen hell aufleuchten. Stimmt die Umdrehungszahl der beiden Maschinen nicht ganz überein, dann werden die Lampen bald hell, bald dunkel brennen. Ist die Gleichheit der Umdrehungszahl beinahe erreicht, dann wird das Aufleuchten und Dunkelwerden immer langsamer vor sich gehen.

Sobald Synchronismus eintritt, sind die Lampen vollständig dunkel, das Synchronvoltmeter zeigt keinen Ausschlag; nun erst kann der doppel-polige Schalter S₂ eingeschaltet werden (Dunkclschaltung). Man kann die Phasenlampen und das Synchronvoltmeter auch übers Kreuz schalten, d. h. die linke Lampe mit der rechten Leitung von G₂ verbinden und umgekehrt. Bei dieser Art der Schaltung (Hellschaltung) ist der Synchronismus erreicht, wenn die Lampen ganz hell brennen und wenn das Synchronvoltmeter vollen Anschlag zeigt.

Bei Drehstrommaschinen (Dreiphasengeneratoren) muß vor der ersten Parallelschaltung o    ₀    .    festgestellt werden, ob die Reihenfolge der drei Pha-

⁶ [    / i    sen I, II, III, bei beiden Maschinen gleich ist. Die

ja _j%i'    Phasenlampen werden zu diesem Zwecke genau wie

³ f    39 in alle drei Leitungen geschaltet. Leuchten

i *2 nun alle drei Lampen zu gleicher Zeit hell oder dunkel, daun ist die Reihenfolge der Phasen richtig,

andernfalls müssen zwei Leitungen des zuzuschaltenden Generators vertauscht werden.

Schaltet man die drei Phasenlampen nach Abb. 40 und ordnet sie im Dreieck an, dann kann man erkennen, ob die zuzuschaltende Maschine zu langsam oder zu schnell läuft, je nachdem das Aufleuchten der Lampen im Drehsinne des Uhrzeigers oder umgekehrt erfolgt.

Gleichstrommotoren mit Hauptstrom-, Nebenschluß- und Verbundwicklung.

Der Vorgang der Stromerzeugung ist umkehrbar. So wie man durch Bewegung eines Leiters im magnetischen Felde Strom erzeugen kann, so kann man einen entsprechend angeordneten Leiter in Bewegung setzen, wenn man Strom in ihn hineinschickt, oder mit anderen Worten: man kann die elektrische Arbeit wreder in mechanische umwandeln. Jeder Gleichstromerzeuger kann ohne weiteres als Gleichstrommotor verwendet werden. Da der Motor ebenso wie der Generator arbeitet, so erzeugt der Anker bei seiner Umdrehung ebenfalls elektromotorische Kraft; diese ist nach den Gesetzen der Induktion der ursprünglich eingeleiteten entgegengesetzt, sie wird deshalb „elektromotorische Gegenkraft" genannt. Ist der Widerstand des gesamten Stromkreises, deck eine Dynamo zum Zwecke der Kraftübertragung speisen muß, d.h. die Leitung, die Anker- und Magnetwicklung des Motors = W, so ist die durchsUeßendeStromstärke^,wenndieelektromotorischeKraft (Klemmenspannung) der Dynamo mit Ed und die Gegenkraft des Motors mit

Em bezeichnet wird:

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Die elektromotorische Gegenkraft des Motors ist abhängig von seiner Umdrehungszahl; im Ruhezustände ist sie Null. Würde man nun ohne weiteres die von einer Dynamo kommende Spannung von 220 Volt unmittelbar mit den Klemmen des Motors verbinden, so würde die

Stromstärke /=    = ²^° sein. Da der Widerstand eines lOOpfer-

digen 220-Volt-Motors etwa 0,044 Ohm ist. so würde die Stromstärke-/'    5000 Amp. betragen. Das würde Kurzschluß be

deuten, d. h. Ausgleich der Spannung durch einen sehr geringen Widerstand mit lebhafter Feuererscheinung an den Kontaktstellen, z. B. am Schalter und am Stromabgeber. Die Ankerwicklung des Motors würde

Ed — Em

sofort verbrennen, wenn keine Sicherheitsvorkehrungen getroffen wären. Es ist also eine Hilfsvorrichtung erforderlich, die man als Anlasser bezeichnet. Ein solcher Apparat, dessen Ausführungsarten S. 82 erläutert werden, gestattet die allmähliche, stufenweise Abschaltung von Widerständen (Stufenwiderstände), so daß die Stromstärke beim Anlauf nicht zu hoch wird. Es ist möglich, den Widerstand des Anlaßapparates in dem Maße zu verringern, wie die Gegenspannung des Motors bei steigender Umdrehungszahl wächst. Ist die volle Umdrehungszahl erreicht, dann kann der Widerstand ganz abgeschaltet werden, oder, wie man auch zu sagen Pflegt: der Widerstand wird kurz geschlossen.

Ist z. B. die elektromotorische Gegenkraft des 100 pferdi-9en Motors 202,4 Volt und der Widerstand des Ankers, der __ I Magnetwicklung und der Verbindungsleitung 0,0476 Ohm, y I y dann ist die durchfließende Stromstärke

17,6 ----- 370 Amp.

0,0476

□ Abb. 41.

220 — 202,4 0,0476

Der Motor nimmt dann auf: 220 Volt • 370 Amp. ---- 81000 Watt oder für 1 PS-Leistung 810 Watt.

Nach der Art der Bewicklung der Magnete unterscheidet man auch bei den Gleichstrommotoren solche mit Hauptstromwicklung, Nebenschlußwicklung und Verbundwicklung.

Hauptstrom-(Serien-)Motor (Schaltungsskizze Abb.18.) Dieser wird überall da angewendet, wo eine hohe Anzugskraft, ein „großes Drehmoment" erforderlich ist. Der Ausdruck Drehmoment wird häufig gebraucht, um die Leistung von Hauptstrommotoren zu kennzeichnen. Man denke sich (3166.41) auf der Motorachse eine Scheibe von 1,00 m Halbmesser (r — Im) befestigt und um diese eine Schnur gelegt. Übt nun der Anker auf diese Schnur einen Zug von 25 kg aus, so sagt man: Das Drehmoment ist ---- 25 kgm (Kilogrammeter). Macht der Motor 600 Umdrehungen in der Minute — 10 in der Sekunde, dann ist die Leistung, d. h. die in der Zeiteinheit geleistete Arbeit:

A = 2 • rn • 10 • 25 — 2 • 1 • 3,14 • 10 • 25 = 1570 kmg/sek. oder 1570 : 75 = ca. 21 PS.

Das Drehmoment entspricht der Stromstärke ■/, der Kraftlinienzahl n und der Windungszahl z. Soll der.Hauptstrommotor beim Einschalten große, schwere Massen aus dem Ruhezustände in Bewegung setzen oder be-

schleunigen, dann steigt beim allmählichen Abschalten des Anlaßwiderstandes die Stromstärke stark an, und da sie die Magnete in ihrer vollen Stärke umfließt, so wächst das Drehmoment entsprechend. Ist die Beschleunigung der Massen erreicht, dann sinkt die vom Motor zu leistende Arbeit, seine Umdrehungszahl steigt an und seine Gegenspannung wächst. Dementsprechend sinkt die durchfließende Stromstärke, das Magnetfeld wird geschwächt und der Motor gezwungen, noch mehr Umdrehungen in der Minute zu machen, um die entsprechende Gegenspannung zu erzeugen. Bei weiter sinkender Belastung erreicht die Umdrehungszahl eine unzulässige Höhe, und es besteht die Gefahr, daß die Flieh-(Zentrifugal-) Kraft die Ankerwicklungen und den Stromabgeber zerreißt. Daraus ergibt sich, daß die Hauptstrommotoren, die an ein Leitungsnetz mit gleichbleibender Spannung angeschlossen sind, für veränderliche Belastung nur dann zu gebrauchen sind, wenn sie dauernd von einem Wärter beobachtet werden, wie das bei Straßenbahnen und Krananlagen der Fall ist. Hier kommt ihre gute Eigenschaft, die hohe Anzugskraft tdas große Drehmoment), zu voller Geltung, während auf die Jnnehaltung einer bestimmten, gleichmäßigen Geschwindigkeit kein Wert gelegt wird.

Abb. 42.

Soll ein Hauptstrommotor auch bei veränderlicher Belastung eine bestimmte Geschwindigkeit beibehalten, so läßt sich das nur dadurch erreichen, daß er seinen Strom von einer ganz gleich gebauten Dynamomaschine (Primärmaschine) bekommt t Abb. 42). Alle Anker- und Magnetwicklungen sind hintereinandergeschaltet(Serienübertragüng). Wird nun bei Entlastung des Motors die Stromstärke geringer, so daß der Motor das Bestreben zeigt, schneller zu laufen, dann sinkt in gleicker Weise die von der Dynamo erzeugte elektromotorische Kraft und der Motor behält seine Umdreh ungszahl bei. Wird die Dynamomaschine bei einer derartigen Kraftübertragung von einer besonderen Kraftmaschine (z. B. Dampfmaschine) angetrieben, dann hat diese Anordnung noch den Vorteil, daß die Umdrehungszahl des Elektromotors abhängig von der der Dampfmaschine ist. Es ist also möglich, die Leistung einer unterirdischen elektrischen Wasserhaltung dem jeweiligen Wasserzulauf entsprechend dadurch zu regeln, daß man die über Tage aufgestellte Dampfmaschine langsamer oder schneller laufen läßt. Soll aus bestimmten Gründen ein Hauptstrommotor an ein Gleichstromnetz mit gleichbleibender Span-

nung angeschlossen werden und ist die Belastung des Motors nicht eine ganz bestimmte, gleichbleibende, dann muß in die Zuleitung ein selbsttätiger Ausschalter eingebaut werden, der bei sinkender, z. B. bei % der vollen Stromstärke, die Leitung unterbricht.

Der Nebenschlußmotor (Schaltunasjkizze Abb. 19) behält seine Umdrehungszahl annähernd bei, ganz gleich, ob er voll belastet ist oder leer Icmtt. Dagegen ist sein Drehmoment geringer als das des Haupt-strommotors. Soll der Nebenschlußmotor beim Anlauf große Massen beschleunigen, so ist dazu eine wesentlich größere Stromstärke im Anker erforderlich als beim Hauptstrommotor. Der Nebenschlußmotor eignet sich also überall da, wo keine großen Massen zu beschleunigen sind, dagegen auf Jnnehaltung einer gleichbleibenden, von der Belastung unabhängigen, Umdrehungszahl besonderer Wert gelegt wird. Das ist meist der Fall, und deshalb kommt der Nebenschlußmotor häufig in Anwendung. Einen besonderen Vorteil bietet er noch dadurch, daß man seine Umdrehungszahl in weiten Grenzen willkürlich und unabhängig von der Belastung durch entsprechende Veränderung des Magnetfeldes ändern kann. Jeder Motor erzeugt eine elektromotorische Gegenkraft, und diese ist abhängig von der Stärke des Magnetseldes. Verstärkt man nun das Magnetfeld durch entsprechende Einstellung des Ne^en-schlußregulators. dann wächst die elektromotorische Gegenkraft Em, die

Ankerstromstärke (——^7^) wird dementsprechend kleiner, und das

von ihr erzeugte Drehmoment geringer. Die Umdrehungszahl sinkt, bis die elektromotorische Gegenkraft Em wieder einen entsprechenden Wert erreicht hat. Schwächt man das Magnetfeld, dann tritt der umgekehrte Fall ein. Die elektromotorische Gegenkraft wird kleiner, die Ankerstromstärke und das Drehmoment werden größer und dementsprechend steigt die Umdrehungszahl. Hierbei muß man sich hüten, den Erregerstrom ganz auszuschalten, weil der dann nur noch verbleibende remanente Magnetismus bei weitem nicht genügt, um das erforderliche Drehmoment des Ankers zu erzeugen. Der Ankerstrom wächst sehr stark an, und wenn die Sicherungen nicht schmelzen, ist eine Zerstörung der Ankerwicklungen, teils durch die Stromwärme, teils durch die Fliehkraft, die Folge.

Der Verbund- (Compound-) Motor (Abb. 20), besteht wie die Verbundmaschine aus einer Verbindung der beiden vorgenannten Arten; er hat also eine doppelte Wicklung auf den Magneten (Doppelschluß-

motor). Dadurch sind auch seine Eigenschaften bestimmt. In der Zugkraft (starkes Drehmoment- nähert er sich dem Hauplstrommotor, in der gleichbleibenden Umdrehungszahl dem Nebens i lußmotor. Läßt man die Haupistromwicklung in ganz geringem Maße der Nebenschlußwick-lung entgegenwirken, so kann man, ähnlich wie bei dem Verbundstrom-erzeugerglerchbleibendeSpannung, einefast gleichbleibende Umdrehungszahl bei jeder beliebigen Belastung erreichen. Meistens läßt man die Hauptstromwicklung in gleichem Sinne wie die Nebenschlußwicklung wirken, und je nachdem man den Magneten mehr Hauptstrom- oder mehr Nebenschlußwicklung gibt, nähert sich der Verbundmotor mehr dem Haupt- oder dem Nebenschlußmotor. Bei schweren Antrieben, z. B. Baggern, Kettenbahnen, Brech- und Walzwerken, wo man mit lehr großen und plötzlichen Belastungsschwankungen rechnen muß und auf gleichbleibende Umdrehungszahl keinen besonderen Wert legt, ist der Verbundmotor besonders am Platze. Vielfach wird seine Nebenschlußwicklung nur so stark bemessen, daß sie ein gesährliches Durchgehen bei plötzlicher und gänzlicher Entlastung verhindert.

Das Parallelarbeiten von zwei Nebenschlußmotoren, d. h. das gemeinsame Arbeiten auf eine Wellenleitung, sollte vermieden werden, es sei denn, daß zwei Motoren von ganz gleicher Größe und Bauart benutzt werden. Bei Verwendung ungleich großer Motoren hält essehr schwer, die Belastung auf die Motoren entsprechend ihrer Größe zu verteilen, weil geringe Änderungen in der Umdrehungszahl große Änderun gen in der Ankerstromstärke zur Folge haben. Für das Parallelarbeiten sind Haupt,trommoten besser geeignet, weil sich bei ihnen die Belastung selbsttätig gleichmäßig auf die Motoren verteilt.

Wechselstrom- und Drehstrommotoren.

Jeder Wechselstrom- oder Drehstromerzeuger kann auch als Motor benutzt werden, aber er kann nicht einfach wie der Gleichstrommotor vermittels eines Anlaßwiderstandes in Betrieb gesetzt werden, sondern er muß erst durch eine besondere Vorrichtung, z.B. durch eine vorhandeneWellen-leitung oder einen Hilfsmotor, auf eine derartige Geschwindigkeit gebracht werden, daß er mit dem Stromerzeuger gleiche Spannung, Phase und Periodenzahl hat, daß also die Bedingungen der Parallelschaltung und des Synchronismus erfüllt sind. Nur unter dieser Voraussetzung kann die Verbindung hergestellt und die Maschine dazu benutzt werden, die ihr zugeführte elelektrische Arbeit in mechanische umzuwandeln. Alle

Ein-, Zwei- und Dreiphasengeneratoren lassen sich als Synchronmotoren verwenden, und zwar verdient auch hier wieder der Dreiphasen- oder Drehstrom den Vorzug. Die Synchronmotoren bieten, außer der Schwierigkeit, sie in Betrieb zu setzen, noch den Nachteil, daß sie nurgeringeUberla-stung vertragen; bei größerer Überlastn« g fallen sie außer Tritt und bleiben ■ stehen. Dagegen bieten sie die Möglichkeit, den Leistungsfaktor (cos <p) in einem Leitungsnetz dadurch zu verbessern, daß man den Synchronmotor übererregt, d. h. zu stark erregt. Hierdurch wird eine Voreilung des Stromes erzielt, welche einen Ausgleich für die früher geschilderte Nacheilung des Stromes (Phasenverschiebung) schafft. Die eigentlichen Wechsel- oder Drehstrommotoren sind die „Asynchronmotoren", die ebenso wie die Gleichstrommotoren in einfacher Weise angelassen werden können. Der Wechsel- oder Drehstrom wird nur der Wicklung des äußeren Gehäuses, des Ständers (Stators) zugeführt; die Wicklung des Läufers (Rotors) steht mit der eigentlichen Stromquelle in keiner Verbindung; in ihr wird der Strom nur induziert, weshalb diese Motoren auch „Jnduktionsmotoren" genannt werden. Die Umdrehungszahl der Asynchronmotoren ist bei Leerlauf der Synchrondrehzahl annähernd gleich, bei voller Belastung bleibt sie um 3—5°/,, je nach der Größe und Bauart des Motors, zurück. Der asynchrone Einphasenmotor hat nur ein geringes Drehmoment beim Anlauf und wird deshalb wenig benutzt. Die Asynchrondrehstrommotoren haben den Vorteil, daß sie mit großer Last anlaufen können, daß ihr Wirkungsgrad sehr günstig ist und daß sie im Betrieb unempfindlicher sind als die Gleichstrommotoren, weil der Stromabgeber fehlt. Dagegen haben sie den Nachteil, daß ihr Leistungsfaktor nicht gleich 1,0 ist; er schwankt nach Größe und Bauart des Motors zwischen 0,7 und 0,93. Außerdem kann man ihre Umdrehungszahl nicht wie bei den Gleichstromnebenschlußmotoren in wirtschaftlich günstiger Weise ändern. Solche Änderung gestattet nur die dritte Art dieser Motoren, das sind die Einphasen- und Drehstrom-Kollektor-(Kommu-tator-)motoren, die, wie ihr Name sagt, mit einem Kommutator oder Kollektor, ähnlich den Gleichstrommotoren ausgerüstet sind. Bei den Kollektormotoren wird meist auch der Rotorwicklung Strom von außen zugeführt. Sie haben den Vorzug eines besseren Leistungsfaktors und sie laufen unter großer Last an. Bei dem Einphasenkollektormotor kommt noch hinzu, daß er nur zwei Zuleitungen braucht und deshalb für den Betrieb elektrischer Bahnen be>onders geeignet ist.

Drehseld. Unter Drehfeld darf man sich nicht, rote das Wort anzudeuten scheint, ein Magnetfeld vorstellen, dessen Pole sich drehen, wie das bei dem Polrad eines Drehstromgenerators der Fall ist. Das Drehfeld ist ein Magnetfeld, das sich bewegt (sich dreht), während die Magnetpole mit ihren Wicklungen in Ruhe bleiben. Auf dem Eisenkern E (Abb. 43 und 44) sind drei Spulen: I, II, III, angeordnet, die um 120° versetzt und mit den drei Leitungen des Drehstromgenerators verbunden sind. Im Zeitpunkt 0° (Abb. 43) hat die Leitung I ihren Nullpunkt, II ist negativ und III positiv (je II und III 0,866). Dementsprechend bildet sich links ein Südpol, rechts ein Nordpol (Abb. 43*), und eine in den Eisenring gesetzte Magnetnadel stellt sich so ein, wie Abb. 43 zeigt. Nach der Drehung von ^Periode = 90° erreicht die Leitung I ihren positiven Höchstwert, II und III werden negativ. Der Nordpol ist oben, der Südpol unten, und die Magnetnadel stellt sich so ein, wie in Abb. 44 gezeichnet ist, d. h. sie hat ebenfalls eine Drehung von 90", entgegengesetzt dem Drehsinn des Uhrzeigers gemacht. Daraus ergibt sich, daß sich das Magnetfeld entsprechend der Periodenzahl des Drehstromerzeugers dreht: daher derNameDrehfeld. Ersetztman die Magnetnadel durch einen Weicheisenzylinder, der sich leicht um seine Achse drehen kann, so setzt sich dieser auch in Bewegung, weil in ihm Magnetfelder induziert werden. Die ganze Vorrichtung bildet einen Elektromotor, dessen drehbarer Teil mit der Stromzuführung gar nicht verbunden ist (Induktivnsmotor). Die gleiche Erscheinung tritt beim Zweiphasenstrom ein; der Einphasenstrom erzeugt kein Drehfeld. Weiter oben wurde darauf hingewiesen, daß sich der Rotor eines Asynchrondrehstrommotors mit etwas geringerer Geschwindigkeit bewegt als dem Synchronismus entspricht. Würde der Rotor synchron mit dem Generator laufen, dann würden keine Kraftlinien geschnitten, es würde keine Induktion mehr stattfinden und dementsprechend keine Zugkraft erzeugt werden. Die Umdrehungszahl des Rotors muß also etwas kleiner sein als die Synchrondrehzahl; den Unterschied zwischen Synchron- und Asynchrondrehzahl nennt man „Schlüpfung". Mit zunehmender Belastung muß die Schlüpfung größer werden, denn je größer die Schlüpfung, desto mehr Kraftlinien werden geschnitten, und um so größer wird die Zugkraft, das Drehmoment.

Abb. 43.

Abb. 44.

ANuG 484: Kühn, Elektrische Kraftübertragung. 2. Auf!.

Der Rotor (Läufer) des Asynchronmotors (Abb. 45 u.46) besieht ebenfalls aus dünnen, voneinander isoliertenBlechen. Sie sind am Umfang mit Löchern oder Nuten tier sehen, in denen, ähnlich wie beim Gleichstrommotor, isolierte Kupferwicklungen w eingebettet sind. Bei kleinen Motoren werden die Enden der Wicklungsstäbe an beiden Seiten durch je einen Kupferring verbunden, wie in Abb. 46 dargestellt; man bezeichnet diese Läufer als Käfiganker. Die Wicklung auf dem Rotor kann man auch als Phasenwicklung ausbilden; sie erhält dann ebensoviel Pole wie das Drehfeld; diese Ausführung heißt: Kurzschlußanker mit Phasenwicklung. Zu beachten ist, daß die Enden der Wicklungen bei Dreieckschaltung nochmals besonders verbunden werden müssen, ebenso wie bei der Sternschaltung eine Verbindung aller sechs Enden notwendig ist (Abb. 47 und 48). Das Anlassen dieser Motoren geschieht einfach dadurch, daß die Statorwicklung durch einen dreipoligen Schalter mit dem Leitungsnetz verbunden wird. Dabei tritt ein heftiger Stromstoß auf, der bis zum Zehnfachen der gewöhnlichen Betriebestromstärke betragen kann. Deshalb sind Motoren mit Kurzschlußwicklung auf dem Rotor nur für kleine Leistungen, etwa 5 PS, oder da gebräuchlich, wo der Motor mit dem Stromerzeuger, der Primärmaschine, zusammen anlaufen, oder wo durch einen Anlaßtransformator die zugeführte Spannung während des Anlassens herabgesetzt werden kann.

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Abb. 45.

Abb. 46.

Abb. 47.

Abb. 48.

Für größere Motoren ist es zur Vermeidung des großen Stromstoßes beim Anlassen und der dadurch verursachten Spannungsschwankungen im Leitungsnetz notwendig, daß die Stromstärke in der Rotorwicklung nur allmählich anwächst. Deshalb werden in die Wicklung Widerstände (Anlaßwiderstände) eingeschaltet und allmählich abgeschaltet. Abb. 49 stellt die Verbindung eines Schleifringankers mit dem Anlasser schematisch dar. Drei Enden -der Wicklungen sind miteinander, die anderen drei mit dreiSchleifringenund diesewiederum durch die auf ihnen schleifenden Bürsten mit den Enden der drei Stufenwiderstände verbunden. Wird der dreiarmige Hebel in der

Richtung des Pfeils gedreht, so werden die Anlaßwiderstände allmählich abgeschaltet, der Rotor erreicht langsam und ohne großen Stromstoß seine volle Geschwindigkeit. Verbindet man die drei Schleifringe durch eine entsprechende Vorrichtung miteinander, so ist es möglich, die drei Schleifbürsten abzuheben und den Motor mit der kurzgeschlossenen Rotorwicklung weiterlaufen zu lassen. Eine derartige Ausführung nennt man: „Kurzschluß- und Bürsteuabhebevorrichtung". Häufig wird diese Einrichtung mit dem Anlasser und dem Motor derart fest verbunden (angebauter Anlasser), daß die Apparate immer in der richtigen Reihenfolge gehandhabt werden müssen.

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Die Asynchrondrehstrommotoren haben vor den Gleichstrommotoren den Vorteil, daß sie keinen Stromabgeber besitzen. Der Stromabgeber hat die unangenehme Eigenschaft, daß er bei unsachgemäßer Behandlung, starker Beanspruchung oder auch mangelhafter Bauart zur Funkenbildung neigt. Die Drehstrommotoren können auch, besonders bei größeren Leistungen, für wesentlich höhere Spannungen gebaut werden, z. B. 100 P S für 5000 Volt, weil die hohe Spannung nur dem äußeren, ruhenden Teil (Stator) zugeführt wird. Bei Gleichstrommotoren geht man nicht gern, besonders wegen des Stromabgebers, über 750 Volt hinaus. Dagegen hat der Asynchrondreh-strommowr den Nachteil, daß man seine Umdrehungszahlen nicht nach Belieben ändern kann, ohne daß erhebliche Verluste entstehen. Die einzige Möglichkeit, die Geschwindigkeit des Drehstrommotors zu vermindern, ist dadurch gegeben, daß man bei Motoren mit Schleifringankern den Anlaßwiderstand eingeschaltet läßt. Natürlich muß der Anlasser so reichlich bemessen sein, daß er die Stromstärke dauernd aushalten kann. Dabei geht aber die zur Erwärmung der Drahtspiralen aufgewendete Energie verloren. Ferner macht sich der Übelstand unangenehm bemerkbar, daß die Geschwindigkeit des Motors bei vorgeschaltetem Anlaßwiderstand von der Belastung abhängt; sie steigt bei sinkender und fällt bei wachsender Belastung. Der Drehstrommotor ist also dann nicht zu gebrauchen, wenn genaue Einhaltung verschiedener Geschwindigkeiten, unabhängig von der Belastung, gefordert wird. Weiter macht sich die durch denAsynchronmotor im Leitungsnetz hervorgerufene Phasenverschiebung unangenehm bemerkbar, weniger bei Vollast, weil da der

Leistungsfaktor cos<p ----- 0,8 bis 0,9 ist, als bei geringer Belastung und besonders beim Leerlauf. Bei einem vollständig unbelasteten Drehstrommotor beträgt die Stromstärke etwa 30% der vollen Betriebsstromstärke. Eine Anzahl großer Motoren, welche schwach belastet oder leer lausen, drücken die wirkliche Leistungsfähigkeit des Leitungsnetzes und des Generators erheblich herunter. Der Stromerzeuger ist in bezug auf die ihn durchfließende Stromstärke vollbelastet. während die Antriebsdampfmaschine noch das Doppelte leisten könnte.

Der Einphasenasynchronmotor kann nicht ohne weiteres anlaufen, weil der Einphasenwechselstrom kein Drehfeld erzeugt. Um das Drehfeld herzustellen, wird der Stator mit einer zweiten Wicklung versehen, in welcher eine Phasenverschiebung durch eine vorgeschaltete Drosselspule erzeugt wird. Dieser Apparat enthält einen Eisenkern, wie ein Transformator (s. nächsten Abschnitt), aber nur eine vom Strom durchflossene Wicklung. Die Drosselspuleverbrauchteineviel größere Spannung als ihrem Ohmschen Widerstand entspricht. Ferner erzeugt sie eine Phasenverschiebung, wie auf Seite 35 erläutert. Das so erzeugte Drehfeld genügt aber nur, um den Einphasenmotor unbelastet oder mit geringer Last anlaufen zu lassen. Die Geschwindigkeit des Einphasenmotors bleibt ebenfalls hinter dem Synchronismus zurück nnd ist nicht regulierbar. Da außerdem die Leistung eines Einphasenmotors um etwa % geringer ist als die des gleich großen Dreiphasenmotors, so wird er nur selten verwendet.

Der Einphasen-Kollektor- (Kommutator-) Motor, der in seinem Aufbau dem Gleichstrommotor ähnelt, weil er auch mit einem Kollektor ausgerüstet ist, ist wesentlich besseralsder Einphasenasynchronmotor. Man kann z. B. einen Gleichstromserienmotor, dessen Magnetwicklungen vom Hauptstrom durchflossen werden, mit Einphasenwechselstrom betreiben, nur muß das Eisen des Magnetgestelles und der Pole unterteilt sein, um die Hysteresis- und Wirbelstromverluste zu mindern. Da der Wechselstrom im Feld und im Anker zugleich die Richtung wechselt, so kann er ein entsprechendes Drehmoment erzeugen. Der Leistungsfaktor der Einphasenkollektormotoren ist günstig, cos cp beinahe 1,00. — Diese Motoren werden in zweifacher Art gebaut:

1. derart, daß dem Stator und dem Rotor Strom von außen zugeführt wird. Da die beiden Wicklungen in Reihe (Serie) geschaltet sind, so werden die so gebauten Motore als Serien-Einphasen-kollektormotoren bezeichnet;

2. derart, daß nur dem Stator Strom von außen zugeführt wird, während die Rotorwicklung, wie beim Asynchronmotor, in sich geschlossen ist. Die so gebauten Motoren heißen Einphasen-Repulsionsmo-toren.

Das Anlassen beider Motorarten geschieht nur durch Verdrehen der Bürstenbrücke. Die Umdrehungszahl ist in weiten Grenzen veränderlich, sie ist unabhängig von der Frequenz, aber abhängig von der Belastung und Bürstenstellung. Diese Motoren haben den gleichen Fehler wie der Gleichstrommotor mit Hauptstromwicklung: bei geringer Belastung gehen sie durch.

Der „Drehstromkollektormotor" wird im ruhenden Teil (Stator) genau wie ein gewöhnlicher Asynchronmotor gebaut, im drehenden Teil (Rotor) dagegen wie ein Gleichstromanker, aber mit drei Satz Bürsten. Soweit Rotor und Stator in Reihe geschaltet sind, hat auch dieser Motor den Fehler des Gleichstrommotors mit Hauplstromwicklung. Wird dem Rotor Strom von außen zugeführt, so wird die Änderung der Umdrehungszahl durch Zwischenschaltung eines Reguliertransformators bewirkt.

Transformatoren und Umformer.

Transformatoren für Wechsel- und Drehstrom.

Transformatoren dienen dazu, Wechselströme niederer Spannung in solche höherer Spannung umzuwandeln, oder umgekehrt. Diese Apparate sind für Kraftübertragung auf große Entfernung unentbehrlich, weil die Fortleitung elektrischer Energie mit geringer Spannung erheblichen Aufwand an Leitungsmaterial und großen Energieverlust zur Folge hat, also sehr kostspielig ist.

Jedoch muß der hochgespannte Strom am Verwendungsorte wieder herabtransformiert tverden, weil kleine Motoren und Lampen nur für niedrige Spannung gebaut werden können. Die Wirkung des Transformators beruht auf den Seite 13 ff. erläuterten Gesetzen der Induktion. Der Transformator besteht im wesentlichen aus einem entsprechend geformten Eisenkern, der ähnlich wie der Anker der Dynamomaschine aus dünnen und voneinander isolierten Blechen zusammengesetzt ist, und aus den darüber geschobenen Wicklungsspulen. Je nach der Art der Anordnung des Kernes und der Spulen unterscheidet man:

a)    „Kerntransformatoren" (Abbildung 50): die Spulen umschließen die Eisenkerne;

b)    „Manteltransformatoren" (Abbildung 51): die Eisenkerne umgeben die Spule wie ein Mantel.

Abb- 50.

Abb. 51.

Die Hoch- und Niederspannungswicklungen werden meist übereinander angeordnet, und zwar die ersteren außen, damit sie besser zugänglich sind. Beide Wicklungen werden sorgfältig voneinander isoliert; meist wird die Hochspannungswicklung noch in einzelne wieder voneinander isolierte Spulen geteilt.

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Abb. 52 Transformator mit ÖlfeffeL

Wesentlich für den Transformator ist das Übersetzungsverhältnis, d. h. das Verhältnis der Spannungen in den beiden Wicklungen. Die Spannungen verhalten sich zueinander genau wie die Windungszahlen der Wicklungen. Man bezeichnet die eine von ihnen als primäre, die andere als sekundäre. Die Primärwicklung nimmt den Strom, gleichviel ob Hoch- oder Niederspannung, aus dem einen Leitungsnetz auf, die Sekundärwicklung gibt den transformierten ; Strom an das andere Leitungsnetz ab. Schickt man z. B. in die I Primärspule WI, welche 100 | Windungen hat, einen Strom mit 500 Volt, so gibt die Sekundär-| spule WII, wenn sie 1000 Win-I düngen hat, einen Strom von5000 Volt, wenn sie 2000 Windungen hat, einen Strom von 10 000 Volt ab. Leitet man dagegen 5000 oder 10000 Volt in die Spule WII ein, so gibt die Spule WI 500Volt ab. Da die Leistung der sekundären Seite, abgesehen von denge-

unter Spannung stehen. Der an und für sich sehrgünstigeWirkungsgrad des Transformators wird also sehrungünstig, wenn der Transformator Tag und Nacht unter Spannung steht und der angeschlossene Motor nur kurze Zeit beansprucht wird. Aus diesem Grunde geht das Bestreben der Elektrotechniker dahin, die sog. Leerlaufsarbeit der Transformatoren nach Möglichkeit zu verringern; sie beträgt bei guten K onstruktionen und etwa 100 KilowattLeistung nur 1 °/₀.

ringen Verlusten im Transformator selbst    I

(bei kleinen Leistungen 4 -6%, bei größeren 2—3%), gleich der der primären ist, so ver-halten sich auch die Stromstärken umgekehrt    BK.

wie die Srannungen. Will man $. B. in der MZugWWkAW Spule WII eine Stromstärke von lO Amp. bei    ■Ejyffl 1 B!Ä|i1

5000 Volt erhalten, so muß man in die Pri- fpKjilv? IMR märspule 100 Amp. • 500 Volt zuzüglich 3 °/₀ «PfraTÜfn 2 q für Verluste hineinschicken. Die Verluste im Transformator setzen sich aus Eisen- und Kup- H|ji| I&litfi ferverlusten zusammen. Die Kupferverluste    1||§

entstehen durch Erwärmung der Wicklungs- ^•iTjfTpj 1>?*! drähie, sind also abhängig von der jeweilige» JBm |« ISteilöil Belastung,d.h.vonderdurchfließendenStrom-stärke. Die Eisenverluste sind eine Folge der Magnetisierung (Hysteresis und Wirbelströme in den Eisenblechen);"sie sind so lange vorhanden, als die Wicklungen des Transformators a66-M- Transformator ohne

Der Verlust im Transformator setzt sich in Wärme um. Zur Abkühlung genügt bei kleinen Transformatoren die äußere Luft. Größere Transformatoren setzt man zum Zwecke besserer Wärmeabfuhr in mit Öl gefüllte Kessel, deren Seitenwände aus gewelltem Blech bestehen. Bei ganz großen Ausführungen ist sogar nötig, das Öl dauernd umlaufen zu lassen, wobei es durch Kühlschlangen geleitet wird, oder die Außenflächen der gewellten Bleche mit Wasser zu berieseln. Abb. 52 zeigt die äußere Ansicht eines Transformators mit Ölgehäuse, während Abb. 53 den inneren Ausbau des Transformators erkennen läßt, wie er von den Siemens-Schuckert-Werken, Berlin, ausgeführt wird. Der in Abb. 52 oben sichtbare runde Behälter, Öl-Konservator genannt, dient dazu, das heiße Öl vor Zersetzung, die durch das Eintreten atmosphärischer Luft eintreten würde, zu schützen.

Die Abb. 50 und 51 stellen Einphasentransformatoren dar, bei denen nur je eine einfache Hoch- und Niederspannungswicklung vorhanden ist.

Die Dreiphasen- (Drehfirom-)transformatoren werden aus drei Eisenkernen und zwei dreifachen Wick-9z^4*n*vvv^ leigen gebildet, die entweder in Stern- oder in Dreieck-

schaltungen verkettet sind (Abb. 54, 55, 56, 57). Drehstromtransform atoren werden bis zu Leistungen von 5000 Kilowatt und mehr gebaut. Bei ganz großen Ausführungen können drei Einphasentransformatoren zu einem Drehstromtransformator vereinigt werden. Für Laboratoriumszwecke werden Transformatoren für Span-

Abb. 54.

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SXzwi- ctKwn Abb. 55.

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Abb. 56.

SJuüA - ' Qktuek- «SMtiwu Abb. 57.

nungeu bis zu 500000 Volt hergestellt; für große Überlandzentralen beträgt die höchste Spannung z. Z. etwa 100000 Volt.

Um den Gefahren vorzubeugen, welche dadurch entstehen können, daß die Hochspannungswicklung infolge eines Jsolationssehlers Berührung mit der Niederspannungswicklung erhält, ist in die letztere eine „Spannungssicherung" eingebaut. Diese besteht im wesentlichen aus einem dünnen Glimmerplättchen, das die Niederspannungsleitung von der Erde genügend isoliert. Tritt Hochspannung ein, dann wird dieses Plättchen durchschlagen, und Hoch- und Niederspannungswick-lungen sind gut leitend mit der Erde verbunden.

Umformer.

Der Transformator ändert nur die Spannung des Wechsel-oder Drehstromes. Der Umformer verwandelt Wechsel- und Drehstrom in Gleichstrom und Gleichstrom in Wechsel- und Drehstrom, eine Umwandlung der Stromarten, die in der Praxis häufig notwendig ist. Sie kann erreicht werden durch: 1. Motorgeneratoren, 2. Einankerumformer, 3. Kaskadenumformer.

Der Motorgenerator ist eine Verbindung aus einem Motor, der elektrische Energie in mechanische umwandelt, und einem damit gekuppelten Stromerzeuger, der die mechanische Energie in elektrische

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Umformer

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Abb- 58. Einanker-Umformer von den Eiemens-Schuckert-Werken, Berlin.

umwandelt. Als Motoren werden sowohl Synchron- als auch Asynchronmotoren verwendet. Erstere haben den Vorteil des besseren Leistungsfaktors, letztere sind bequemer anzulassen und vertragen kurzzeitig (intermittierend) sehr große Überlastungen.

Die Umformung kann ferner in einem rotierenden Anker geschehen; solche Maschinen werden als Einankernmformer bezeichnet. Bei der Beschreibung der Gleichstrommaschine, Seite 25, ist darauf hingewiesen, daß im Anker derselben zunächst Wechselstrom erzeugt wird, während der Kollektor (Kommutator, Stromabgeber) dazu dient, den erzeugten Wechselstrom gleichzurichten. Ordnet man nun auf der einen Seite eines Gleichstromankers in üblicher Weise den Stromabgeber und auf der anderen zwei oder drei Schleifringe an, so erhält man einen Apparat, mit dem man Wechsel- oder Drehstrom in Gleichstrom umwandeln kann. Den Aufbau eines solchen Umformers von den Sie-mens-Schuckert-Werken zeigt Abb. 58. Derartige Apparate werden fast ausschließlich zur Umwandlung von Drehstrom in Gleichstrom benutzt.

Steht Gleichstrom zur Verfügung, so wird dieser in der üblichen Weise zum Anlassen benützt. Wenn nach allmählicher Ausschaltnng des

Anlaßwiderstandes die Synchrondrehzahl beinahe erreicht ist, dann wird sie vermittels des Nebenschlnßregulators genau eingestellt, und sobald die Bedingungen der Wechselstromparallelschaltung erfüllt sind, können die Schleifringe mit der Drehstromzuleitung verbunden werden.

Steht kein Gleichstrom zur Verfügung, dann wird der Umformer mit einem Asynchronmotor verbunden, der ihm eine Umdrehungszahl erteilen kann, die etwas über der Synchrondrehzahl liegt. Einen derartigen Motor nennt man Anwurfmotor. Man kann das Anlaufen auch ohne Anwurfmotor von der Trehstromseite aus dadurch bewirken, daß man dem Anker Drehstrom von etwa V₃ der normalen Spannung zuführt. Diese Spannung genügt znm Anlaufen und zur Erreichung der Synchrondrehzahl. Ist diese erreicht, so wird auf die volle Spannung umgeschaltet. Zu beachten ist die Gleichstrompolarität, weil sich diese je nach der Einschaltung des Drehstroms ändern kann.

Das Verhältnis der Spannungen zwischen Wechsel-, Dreh- und Gleichstrom ist bei diesen Umformern wie folgt: 1 Volt Gleichstrom entspricht 0,707 Volt Einphasen- und 0,612 Volt Dreiphasenspannung; 1 Amp. Gleichstrom entspricht 1,414 Amp. Einphasen- und 0,943 Amp. Drehstrom. In den meisten Fällen handelt es sich darum, Gleichstrom von 115, 230, 460 und 550 Volt zu erzeugen. Meist ist die Spannung der zugeführten Drehstromenergie viel höher. In solchen Fällen ist ein Transformator nötig, der die Trehstromspannung zu der Gleich-stromspannung in das richtige Verhältnis bringt. Dieser Transformator kann im Bedarfsfälle mit einer Anzapfung für ¹/₈ der vollen Spannung, die znm Anlassen gebraucht wird, versehn: werden.

Ein Nachteil der Einankerumsormer ist die Abhängigkeit der Gleichstromspannung von derjenigen des zugeführten Drehstromes. Diesem Mangel läßt sich durch verschiedeneRegullerungsvorrrchiungen abhelfen. Für geringe Veränderung der Spannung genügt die Einschaltung von Drosselspulen in die Drehstromleitung. Bei größeren Änderungen werden sog. Regulierungstraneformatoren oder auch Zusatzdrehstrommaschinen verwendet. Der Wirkungsgrad des mit einem Transformator verbundenen Einankerumfwmers ist wesentlich günstiger als der des Motorgenerators. Für mittlere Größen und volle Belastung beträgt der Wirkungsgrad etwa 92% beim Ein ankerumform er und 83—85% beim Motorgenerator. Dieses Verhältnis ändert sich bei geringer Belastung noch mehr zugunsten der Emankerumformer. Man baut sie heute bis zu Leistungen von 5000 Kilowatt,

Abb. 59. Kaskaden-Umformer von den Siemens Schuckert-Werken, Berlin.

Eine andere Art der Umformer ist der Kaskadenumformer. Er ist im wesentlichen aus einem Drehstrommotor und einem Einankerumformer auf derselben Achse zusammengesetzt(Abb. 59). Der im Läufer des Drehstrommotors induzierte Strom fließt unmittelbar durch den Anker der Gleichstrommaschine (Kaskadenschaltung). Sowohl in seinem Aufbau als auch in seiner Wirkungsweise stellt dieser Umformer ein Mittelding zwischen Motorgenerator und Einankerumformer dar. Da seine Herstellung mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden ist, wird er wenig angewendet.

Akkumulatoren.

Der Name Akkumulator (Sammler) deutet bereits darauf hin, daß es sich um Apparate, die zur Aufspeicherung dienen, handelt. Die Aufspeicherung elektrischer Energie ist nur möglich, wenn man sie in chemische Energie umwandelt. Nur Gleichstrom ist zur Umwandlung verwendbar; der Wechselstrom kann infolge seiner fortwährend wechselnden Stromrichtung keine chemische Wirkung ausüben.

Der Aufbau eines Akkumulators ähnelt dem eines galvanischen Elementes; der Akkumulator wird deshalb auch als Sekundärelement im Gegensatz zum Primärelement bezeichnet. Die Anforderungen, welche an derartige Apparate in bezug auf Leistung, (Aufnahmefähigkeit, Kapazität), Wirkungsgrad und Lebensdauer gestellt werden müssen, werden am besten von dem Bleiakkumulator erfüllt.

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Dieser Akkumulator besteht aus einem Ge-

tT. ____r fäß mit verdünnter Schwefelsäure, in welche

Bleiplatten eintauchen. Bei kleinen Ausfüh-rungen besteht das Gefäß aus Glas oder

Hartgummi, bei großen aus mit Bleiblech ausgekleideiem Holz. Die Schwefelsäure muß

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Entl/ubinsj

Abb. 60.

v=^y//¥ chemisch rein sein und ein spezifisches Gewicht !von 1,15 bis 1,23 besitzen. In diese tauchen zwei-Elektroden ein (Abb. 60), die im ursprünglichen Zustande reine Bleiplatten sind. Verbindet man nun diese Platten mit einer Gleichstromquelle von entsprechender Spannung, (für je eine Zelle 2 bis 2,5 Volt), so tritt eine Zersetzung des Elektrolyten der Schwefelsäure, (H₂ S0₄) ein. Der Sauerstoff wandert zur positiven (+) Platte und verwandelt deren Oberfläche in Bleisuperoxyd(PK0₂); die negative (—) Platte bleibt reines Blei. Der Gehalt der Schwefelsäure nimmt während der Ladung zu. Bei späteren Ladungen dient der bei der Zersetzung des Elektrolyten frei werdende Wasserstoff dazu, das bei der Entladung an der negativen Platte gebildete Bleisulfat (PbS0₄) zu reduzieren. Nach der Ladung stehen sich in der Flüssigkeit zwei chemisch verschiedene Leiter gegenüber (+ Platte ----- Bleisuperoxyd, — Platte --- reines Blei), deren elektrische Spannung etwa 2,2 bis 2,3 Volt ist. Während der Entladung findet der umgekehrte chemische Vorgang statt. Wasserstoff (H₂) wandert zur positiven und Sulfat (S0₄) zur negativen Platte; hier bildet sich Blei-sulfat (PbS0₄), das Wasser (H₂0) wird frei, d.h.bei der Entladung sinkt der Gehalt der Schwefelsäure. Die Zelle darf aber nur so weit entladen werden, bis die Spannung auf etwa 1,82 Volt gesunken ist. Eine vollständige Entladung würde infolge zu starker Sulfatbitdung die Platten sehr schnell zerstören. Die Strommenge, welche der Akkumulator bei einem Spannungsabfall von 2,2 auf 1,82 Volt abgeben kann, nennt man seine Kapazität. Sie wird selten in Kilowattstunden, sondern meist in Amperestunden ausgedrückt, weil die Spannung für alle Zellen, ob groß, ob klein, die gleiche ist. Die Kapazität ist abhängig von der Größe der Platten. Da an der chemischen Aktion nur die Plattenoberfläche teilnimmt, muß diese möglichst groß sein. Die Größe erreicht man:

1.    nach dem Faureschen Verfahren dadurch, daß man die Platten gitterförmig ausführt und die t Hohlräume mit porösen Bleiver- / bindungen (Mennige, Bleiglätte) ausfüllt,

VMm/i

2.    nach dem Planteschen Verfahren dadurch, daß man den Platten eine eigenartige Rippenform w. ei. -,kinmnlatocen.Gr°bob-rflrchenPlaite. gibt (Großoberflächenplatten der Akkumul. - Fabrik, A.-G., Berlin-Hagen; Abb. 61).

Außer der Große der Platten ist auch die Zahl der in einem Element vereinigten Platten für die Kapazität maßgebend. Abb. 62 zeigt eine Zelle mit 21 negativen und 20 positiven Platten. Der gleichmäßige Abstand der Platten voneinander wird durch eingefügte Glasröhren gesichert.

Die Hintereinanderschaltung (Schaltung auf Spannung, Serienschaltung) erfolgt in der Weise, daß man den positiven Pol der einen Zelle mit 'V dem negativen Pol der anderen Zelle verbindet.    L^h-,

Den Gegensatz zur Hinterein- ^ anderschaltung bildet die Parallel- 1 schaltung (Schaltung auf Stromstärke), bei der alle positiven und alle negativen Pole untereinander ver- I bunden werden.

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Die Verwendbarkeit der Akkumu- ■ latoren wird durch ihren hohen Preis A. Ä und ihr im Verhältnis zur Leistung |&y großes Gewicht beeinträchtigt. 1 kg xiBk'

Totalgewicht leistet etwa 2,5 bis 5 Amperestunden, je nach Größe und Beanspruchung, oder, wenn man die mittlere Entladespannung zu 1,9 Volt annimmt, 4,75 bis 9,50 Wattstunden. Noch wehr fE aber der geringe m 62 Akkumulatorzelle mit ao positiven Wirkungsgrad und die kurze Lebens-    und n negativen Platten.

dauer der Akkumulatoren ins Gewicht. Von den in die Batterie hineingeladenen Amperestunden werden bei der Entladung nur 90°/₀ wiedergewonnen. Da aber die Spannung während der Ladung wesentlich höher sein muß als während der Entladung, so ist der Wirkungsgrad in bezug auf die Kilowattstunden nur 75%. Die Lebensdauer der Platten ist abhängig von der Benutzung, d.h. von der Zahl der Ladungen und Entladungen. Bei der üblichen Beanspruchung und bei sorgfältiger Wartung kann man für die positiven Platten mit einer Lebensdauer von 6 Jahren rechnen; die negativen halten meist länger.

Während der Ladung ist die Spannung beträchtlich höher als bei der Entladung. Diesem Umstande muß die Gleichstromdynamomaschine Rechnung tragen. Arbeitet z. B. die elektrische Anlage mit einer Be-

2*>o

triebsspannung von 220 Volt, dann sind -----120 Zellen erforderlich. Während der Ladung steigt die Spannung von 2,10 bis 2,40 Volt. Von Zeit zu Zeit muß die Batterie sogar überladen werden, um Sulfalbildung zu verhindern, und hierbei steigt die Spannung bis über 2,70 Volt pro Zelle. Die Gleichstrommaschine muß statt der sonst im Betriebe üblichen Spannung von 220 bis 230 Volt 288 und zeitweilig bis über 300 Volt erzeugen können. Da die Ladestromstärke meist wesentlich geringer ist als die volle Stromstärke der Dynamo,

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Lampen

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so bietet es keine Schwierigkeit, Gleichstrommaschinen für diese veränderliche Spannung zu bauen. Muß das Leitungsnetz LT    während der La-

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sein, dann ist die Ladung der Batterie mit einer Dynamo unzulässig, weil Lampen und Motoren die höhere Lade-

spanriung nicht vertragen. In solchen Fällen 3l66 gl verwendet man eine Zusatzmaschine, R»„d-r Zellen-deren Stromstärke der Ladestromstärke der Batterie entspricht und die so gebaut ist, daß sie durch allmählich stärker werdende Erregung ihrer Magnete die erforderliche Zusatzspannung erzeugen kann. Diese Zusatzmaschine wird mit der Hauptmaschine in Serie (d.h. hintereinander) geschaltet. Arbeitet die Hauptmaschine mit 220 pdo Volt, dann muß jene bei Beginn der W Ladung 30 Volt, gegen Ende der Ladung 70 Volt und bei

schalter.

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der zeitweiligen Überladung 85 Volt Spannung erzeugen. Wird eine Zusatzmaschine durch einen Elektromotor angetrieben, so wird ein solcher Maschinensatz vielfach Ladetransformator genannt. Da die Zusatzmaschine mit stark veränderlichem Magnetfeld arbeiten muß, so ist die Anwendung von Hilfspolen (Wendepolen) sehrzu empfehlen. 9166.63 zeigt das Schaltungsschema einer Gleichstromanlage, bestehend aus einer NebenschlußdynamoD, einer Akkumulatorenbatterie B, einem Ladetransformator (Zusahmaschine ^ L gekuppelt mit Motor) und allen zugehörigen Apparaten.

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Beider fortschreitenden Entladung sinkt die Spannung, zuerst sehr schnell von 2,1 auf 2 Volt, dann allmählich auf 1,82 Volt. Soll also die Batterie mit der Hauptmaschine parallel arbeiten, sei es zur Unterstützung, sei es als Momentreserve, oder soll sie allein Lampen und Motoren speisen, dann genügen zunächst

990    990

9-77. ---105 Zellen, sehrbald aber sind ”, ---110 Zellen

Z/iU    ion

und gegen Endeder Entladung

1,82

---120 Zellen erfor-

derlich. Es sind also Zellenschalter notwendig, d.h. Apparate, welche es ermöglichen, mehr oder weniger Zellen einzuschalten. Schematisch ist der Zellenschalter (ZSch)

Form.

8-n-nschalt^eftr-ckte inAbb. 63 angedeutet; diepraktischeAusführungzeigen die 9166.64 (runde Form) und 65 (gestreckte Form).

Arbeitet der Zellenschalter selbsttätig, dann spricht man von einem „selbsttätigen Antriebs Ein kleiner Elektromotor wird durch Relais derart geschaltet, daß er rechts oder links herum läuft. Durch eine entsprechende Verbindung mit der Spindel des Zellenschalters bewirkt er dann eine Verminderung oder Vermehrung der eingeschalteten Zellen.

eSc

Abb. 66.

Vielfach findet man in Akkumulatorenanlagen noch sog. Minimalausschalter (selbsttätige Schwachstromausschalter, Nullausschalter), welche die Dynamo und auch die Batterie davor schützen sollen, daß bei etwaigem Versagen der ersteren ein starker Strom von der Batterie in umgekehrter Richtung durch die Dynamo fließt. Im wesentlichen besteht dieser Apparat aus dem Elektromagneten M, dem Schalthebel Sch aus Kupfer oder Messing und dem unten gegabelten eisernen Handhebel H (tob. 66). Fließt ein Strom von entsprechender Stärke in der durch den Pfeil gekennzeichneten Richtung, so wird der Eisenhebel H durch den Elektromagneten gehalten. Geht die Stromstärke 82™* beinahe auf Null zurück, dann fällt der Hebel H ab. Sobald er sich um den <£ « gedreht hat, berührt er bei a den mit dem Schalthebel verbundenen Teil b, und der Schalthebel wird mit entsprechender Geschwindigkeit aus dem Schaltkontakt c herausgerissen.

Diese Apparate haben den Nachteil, daß der Hebel H nicht festgehalten wird, wenn beim Anfang und beim Schluß des Betriebes von der Dynamo nur wenig Strom in das Leitungsnetz abgegeben wird. Besser ist es jedenfalls, Batterie und Dynamo durch einen Starkstromausschalter, (MAut, Maximalautomaten, Abb. 64), zu schützen, der dann zur Wirkung kommt, wenn die Stromstärke das für die Batterie zulässige Maß überschreitet.

Trotz ihrer Mängel haben die Akkumulatoren eine große Verbreitung gefunden, denn sie sind für den Betrieb außerordentlich wertvoll:

1.    als immer bereite Momentreserve;

2.    zur Unterstützung des Maschinenbetriebes, wenn die Leistung der Maschinen unzureichend ist;

3.    zur selbständigen Stromlieferung während der Zeit geringen Bedarfes;

4.    zum Ausgleich von Belastungsschwankungen, bei Straßenbahnen-, Förderanlagen usw.

Akkumulatoren, welche zum Ausgleich von Belastungsschwankungen dienen, heißen „Pufferbatterien", Auch zum Betrieb von Automobilen und Eisenbahnwagen werden heute vielfach Akkumulatoren verwendet, trotz ihres großen Gewichtes und ihrer geringen Lebensdauer, denn der Elektromotor hat gerade für den Antrieb von Fahrzeugen große Vorzüge.

Bei den sog, Edison-Akkumulatoren besteht diewirksameMasseder positiven Platte aus Nickelhydroxydul, diedernegativen Platte aus einerEisen-Sauerstoff-Berbindung. Die wirksamen Massen sind in Behälter aus vernickeltem Stahlblech eingebettet. Auch das äußere Gehäuse besteht aus Stahlblech. Als Elektrolyt dient reine Kalilauge mit einem Zusatz von Lithiumhydroxyd. Die Ladespannung einer Zelle beträgt 1,50 bis 1,85 Volt, die Entladespannung 1,40 bis 1,05, int Mittel 1,20 Volt.

Infolge seines geringeren Gewichtes und seiner größeren Unempfindlichkeit gegen Erschütterungen wird der Edison-Akkumulator hauptsächlich für transportable Zwecke verwendet. (Deutsche Edison-Akkumulatoren-Companie, Berlin, N 20).

Stromverteilung, Leitungen und APParate.

Gleichstrom.

Zunächst sei daran erinnert, daß:

E die elektrische Spannung in Volt,

J die elektrische Stromstärke in Ampere,

W den elektrischen Widerstand in Ohm

bedeuten, und daß

die elektrische Leistung A = dem Produkt aus Spannung und Stromstärke 4 = E ■ J ist.

Da nun J nach dem Ohmschen Gesetz gleich ^ ist, so kann man

E*

auch setzen:

EE

w>

t>a E = J.W ist, so ist auch A = J • W- J -- J² W.

Der in jeder Leitung auftretende Energieverlust hängt in erster Linie von dem Material ab. Der Verlust wächst mit der zunehmenden Länge und sinkt mit dem wachsenden Querschnitt der Leitung.

ANuG 424: Kühn, Elektrische Kraftübertragung. 2. Ausl.

Abgesehen vom Aluminium, das durch sein geringes Gewicht einen gewissen Vorteil bietet, das aber auch den Nachteil der schwierigen Bearbeitung hat, kommt prak isch für Leitungsanlagen nur Kupfer (Cu) in Betracht, dessen spezifischer Widerstand ----- 0,0172 --- y₅₈ ist. Mit Rücksicht auf die unvermeidliche Unreinheit des Materials wird allgemein V57 angenommen. Der reziproke Wert---- 57 wird das spezifische Leitvermögen des Kupfers genannt. Während des Krieges sind als Ersatz für das fehlende Kupfer vielfach Aluminium, Zink und Eisen verwendet worden.

In einem geschlossenen Stromkreise ist die Stromstärke an allen Stellen gleich. Der Verlust zeigt sich darin, daß die Spannung an der Verbrauchsstelle (Ende der Leitung) geringer ist als an der Erzeugungsstelle (Anfang der Leitung). Die Hauptspannung ist mit E, der Spannungsverlust mit e in Volt bezeichnet. Unter der Länge der Leitung ist die Hin- und Rückleitung zu verstehen:

/----Länge der Hin- und Rückleitung in Me'ern,

2-----Querschnitt der Leitung in Quaora.Millimetern.

Wenn der Spannungsverlust gegeben ist. daun ist der Querschnitt der Leitung q:

J-l / StromstärkexLeitungslänge X ® ^ 57 • e xLeitvermögen x Spannungsverlust/ oder der Spannungsverlust:

e -----

J • l /Stromstärke x LeitungslängeX 57 . q xLettvermögen x Querschnitt. /

Aus diesen Formeln ist zu erkennen, welchen Wert die Stromstärke«/ für die Energieübertragung hat. Bei einem bestimmten Leitungsquerschnitt ist der Verlust proportional der Stromstärke Rechnet man aber den Verlust nach Prozenten der zu übertragenden Energiemenge, dann findet man. daß der Verlust quadratisch mit der Stromstärke wächst.

Beispiel: Es sind auf 1000 Meter Entfernung lOOkL----- 73 600Watt, bei 92% Wirkungsgrad des Motors ----- 80000 Watt zu übertragen. Die Spannung an der Verbrauchsstelle soll im ersten Fall a) 200 Volt, im zweiten Falle b) 1000 Volt betragen. Der Spannungsverlust wird mit 10%, also bei a) mit 20 Volt, bei b) mit 100 Volt angenommen.

Die Stromstärke ist bei a) -----

----- 400 Amp.,

80000 Watt

bei b) -----

--- 80 Amp.

200 Volt 80000 Watt 1000 Volt

2 -1000 - 400

b)

rund 28 qmm.

67 - 20 2.1000.80

57 - 100

Während sich die Spannungen verhalten wie 1 : 5, verhalten sich die Querschnitte wie 5² : 1 — 25 : 1.

Dw Anordnung a) bedingt einen Aufwand an Leitungskupfer von 12000kg, die nach dem jeweiligen Kupserpreis 18000 bis 24000*# kosten?) Elne Kraftübertragung von 100 PS mit 220Bolt Spannung wird also auf 1 km Entfernung nur unter ganz besonderen Verhältnissen wirtschaftlich durchführbar sein, während bei der Anordnung b)bie Kosten des Leaungskupfers für die gleiche Leistung (720 bis 1000 Jt) kaum eine Rolle spielen.

Das Bestreben der Elektrotechniker, möglichst hohe Spannungen für Kraftübertragung zu verwenden, ist hiernach wohl verständlich, zumal die Anforderungen in bezug auf Leistungen und Entfernungen immer größer werden.

Abb. 67.

Ursprünglich war mit Rücksicht auf die Edisonglühlampen, die nur für HO Volt hergestellt wurden, diese Spannung für Gleichstrom am gebräuchlichsten. Für kleine LrchP und Kraftanlagen wird {ie auch heute noch verwendet. Die Glühlampen und Motoren werden alle parallel vom Leitungsnetz abgezweigt. Die Bogenlampen werden zu zweien hintereinandergeschaltet, wenn sie mit 40 Volt Lichtbogenspannung arbeiten (Abb. 67).

Der erste Schritt zur Erhöhung der Spannung war die Ausbildung des „Dreileitersystems" (Abb. 68).

Zwei Stromerzeuger sind hintereinander- (gj~J geschaltet, d. h. ihre ungleichnamigen Pole sind miteinander verbunden. Von dieser ® ]

Abb. 68.

Verbindung wird dersog. „Mittelleiter" -abgezweigt. Sind die beiden Hälften des Dreileitersystems gleichmäßig belastet, dann ist die Stromstärke im Mittelleiter gleich Null. Sind sie ungleich belastet, dann fließt durch den Mittelleiter eine Stromstärke die gleich dem Unterschied der Stromstärken in den beiden Außenleitern ist. In einem ordnungsmäßig her-

1) Der Berechnung sind Durchschnittspreise aus der Zeit vor dem Kriege zu Grunde gelegt.

5*

gestellten Dreileiternetz rechnet man im Höchstfälle mit einer Belastung des Mittelleiters von 10% der Stromstärke der Außenleiter. Der Spannungsabfall im Mittelleiter darf nur sehr gering sein, denn er vermindert die Spannung auf der mehr belasteten und erhöht sie auf der geringer belasteten Seite.

Glühlampen und Bogenlampen werden zwischen Außenleiter und Mittelleiter geschaltet, Motoren nur zwischen die Außenleiter; letztere belasten also den Mittelleiter nicht.

Abb. 69.

Seitdem man Glühlampen für 220 Volt baut, ist die Spannung des Dreileitersystems verdoppelt worden: 2 - 220 --- 440 Volt. Mit dieser Spannung werden jetzt die meisten Gleichstromelektrizitätswerke Deutschlands betrieben. Die Hintereinanderschaltung der beiden Dynamos wird heute nur selten verwendet. Soweit Akkumulatoren zur Anwendung * gelangen, benutzt man sie zur Bildung des 1 Dreilettersystems (Abb. 69), oder es werden zur Spannungsteilung zwei kleine Maschinen von halber Spannung, Ausgleichmaschinen genannt, aufgestellt (Abb. 70).

A ist der Hauptstromerzeuger, B und C sind die Ausgleichmaschinen. Wenn die + Seite mehr belastet ist, dann arbeitet die Maschine B als Stromerzeuger, d. h. sie wird von G, die d mn als Motor arbeitet und mit ihr unmittelbar gekuppelt ist, angetrieben. Ist die — Seite mehr belastet, dann wechselt die Arbeitsweise der Ausgleichmaschinen. Eine normale Gleichstromdynamo läßt sich zur Speisung eines Dreileiternetzes geeignet machen dadurch, daß man sie mit einem „Spannungsteiler" ausrüstet. Zwei gegenüberliegende Punkte der Ankerwicklung werden mit Schleifringen verbunden, und an diese wird eine Drosselspule JDrSp angeschlossen, von deren Wicklungsmitte der Mittelleiter abgezweigt ist (Abb. 7l).

22<7->

In einzelnen Industriezweigen, wie Papierfabriken, Kattundruckereien usw, in denen eine starke Veränderung der Drehzahlen der Motoren verlangt wird, ist das Dreileitersystem verwendet

Sp

I—I

wordenem diesen Motoren verschiedene Spannung zuzuführen (2166.72). Durch diese Anordnung wird die Änderung der Drehzahl eines Gleichstrommotors im Verhältnis 1 : 4 erleichtert. Gesetzt, der Motor sei für 440 Volt und 500 dis 1000 Umläufe in der Minute gedaut. Wird der Anker durch den Umschalter Uauf 220 Volt geschaltet und das Magnetfeld stark erregt, dann deträgt die Drehzahl 250. Durch Schwächen des Magnetfeldes kann sie auf 500 in der Minute gesteigert werden. Schaltet man nun den Motor mit stark erregtem Feld auf 440 Volt, dann macht er edenfalls 500 Umdrehungen, die durch Schwächen des Magnetfeldes auf 1000 in der Minute gedracht werden können.

Das Dreileitersystem ist noch weiter zu einem Fünfleitersystem aus-gedildet worden. Der Betried des Fünfleitersystems dietet ader so viele Schwierigkeiten, daß es eine größere Verbreitung nicht gesunden hat.

Ist in einer Fadrik eine größere Gleichstrom-Kraft- und -Lichtanlage mit 220 Volt Betriebsspannung vorhanden und soll in einer Entfernung von etwa 750 m ein kleinerer Betrieb mit insgesamt 22 Kilowatt, — 100 Amp. • 220 Volt, versorgt werden, dann ist es zweckmäßig, eine sog. „Fernleitungsdynamo" in die Leitung einzuschalten. Die Magnete dieser Maschine sind mit Hauptstromwicklung versehen. Die von der Fernleitungsdynamo erzeugte Spannung ist dem Widerstande der Fernleitung anzupassen. Fließt durch die Fernleitung eine Stromstärke von 100 Amp. und ist der Leitungsquerschnitt 50 qmm, dann entsteht ein Spannungsverlust:

= 52,6 Volt.

2 • 750 • 100 67.50

--75 o™.

Die Fernleitungsdynamo ist so gebaut, daß sie 52,6 Volt Spannung erzeugt, wenn 100 Amp. durch die Magnete fließen. Bei 50 Amp. Stromdurchgang fällt der Spannungsverlust auf die Hälfte, aber die Dynamo erzeugt auch nur 26,3 Volt, sie gibt also immer so viel Spannung, als Verlust in der Leitung entsteht, so daß die Betriebsspannung am Ende dieser langen Leitung auch bei stark wechselnder Belastung gleich bleibt (Abb. 73).

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Zur Verwendung ge- k langen derartige Hilfs- ,

Maschinen (auch Booster genannt) hauptsächlich bei Straßenbahnen. Die

Spannung von 500 Volt Gleichstrom würde für die Versorgung der entfernten Strecken sehr große Leitungsquerschnitte erfordern.

Als besonderes System zur Erzielung hoher Gleichstromspannungen sei noch das von Thury erwähnt, das vereinzelt in der Schweiz und in Frankreich zur Anwendung gelangt ist. Im Kraftwerk werden mehrere Stromerzeuger mit Hauptstromwicklung hintereinandergeschaltet; z. B. 10 Maschinen von je 2000 = 20000 Volt Betriebsspannung. Die zu betreibenden Motoren müssen auch alle hintereinandergeschaltet und für gleichbleibende Stromstärke gebaut werden. Ist die Stromstärke 150 Amp., dann nimmt ein 5pferdiger Motor nur 30 Volt Spannung auf, muß aber für 20000 Volt isoliert werden. Die hohe Spannung verursacht schwierige Betriebsverhältnisse, und da außerdem Lichtstrom nicht unmittelbar abgegeben werden kann, wird das System Thury nur auf einzelne besondere Fälle beschränkt bleiben.

Wechsel- und Drehstrom.

Bei Verwendung von Wechsel- oder Drehstrom ist man in der Wahl der Spannung unabhängig; deshalb eignen sich diese Stromarten ganz besonders für räumlich ausgedehnte Elektrizitätswerke (Überland-zentralen). Wechsel und- Drehstromgeneratoren ermöglichen an sich schon die Erzeugung sehr hoher Spannungen: 10 bis 15000 Volt. Wo diese nicht ausreichen, bietet sich in den Transformatoren ein billiges und bequemes Mittel, um:

1. die von den Maschinen erzeugte Spannung zu erhöhen. Die Fernleitung Lauchhammer Werk—Riesa ^arbeitet z. B. mit 100000 Volt;

2. die hohe Spannung der Fernleitung wieder auf die geeignete Betriebsspannung: 110, 220 oder 500 Volt herabzusetzen.

Abb. 74.

Abb.75.

Außerdem läßt sich eine gewisse Spannungsregulierung mit Hilfe der Transformatoren dadurch erzielen, daß man vermittels Stufenschalterdas Übersetzungsverhältnis, d.h.die Zahl der Windungen ändert. (Reguliertransformator, Abb. 74 Anzapfungen auf der Hochspannungsseite; Abb. 75 Anzapfungen auf der Niederspannungsseite).

Die Berechnung des Leitungsquerschnittes und des Spannungsverlustes ist für Wechselstrom dieselbe wie für Gleichstrom. Bei der Bestimmung der Stromstärke ist der Leistungsfaktor (cos g>) zu berück-

sichtigen. Ist der Leistungsfaktor, wie das meistens der Fall ist, kleiner als 1, so wird die Stromstärke bei gleicher Leistung größer als bei Gleichstrom.

Bei Drehstrom ist die Ermittlung der Stromstärke etwas umständlicher, weil die Verkettung zu berücksichtigen ist. Nach dem früher Gesagten ist die gesamte Leistung: A = ]/i EJ; danach ist J -----

1/3 E~

Ist ein Leistungsfaktor (cos cp) zu berücksichtigen, dann ist die Strom-

stärke J ----

j/3 • E cos cp cos cp 0,77 aslo J —

. Z. B. A ---- 80000 Watt, E -----1000 Volt,

80 000 Watt

----- 60 Amp.

y3.1000 Volt. 0,77 Ist die Stromstärke gefunden, so berechnet man den Leitungsquer-

3 j*-i

schnitt am einfachsten nach der Formel q

stärke, l ----- einfache Länge der Leitung, c ----- den spezifischen Widerstand des Kupfers und w ----- den Leistungsverlust in Watt bezeichnet. Es sollen nach dem früheren Beispiel 80000 Watt mit 10% Verlust (8000 Watt) übertragen werden; l = 1000 m, dann ist 3-60.60.1000 m

C • lü

worin J ----- Strom-

Q. =

----- 23,7 qmm.

57 - 8000

Also sind für Drehstrom mit einem Leistungsfaktor von cos y) ----- 0,77 drei Leitungen von je 23,7 qmm zusammen 71 qmm erforderlich, bei Gleichstrom dagegen zwei Leitungen von je 28 qmm =56 qmm.

Würde der Leistungsfaktor bei der Drehstromübertragung statt 0,77 = 1 sein. z. B. bei Verwendung eines Synchronmotors, dann würde die Stromstärke nur 60 • 0,77 = 46,2 Amp. und der Leitungsquer-schnitt nur 23,7 • 0,77 • 0,77 = 14 qmm betragen. Die Summe der drei Leitungen wäre = 42 qmm, gegenüber 56 qmm bei Gleichstrom. Der Drehstrom ohne Phasenverschlebung erfordert also den geringsten Leitungsquerschnitt.

Ausführung der Leitungen.

Je nach der Verlegungsart unterscheidet man folgende Leitungen:

1.    im Freien verlegte Leitungen: Luftleitungen, Freileitungen,

2.    im Erdboden verlegte Leitungen: unterirdische Leitungen, Erdkabel,

3.    in Räumen verlegte Leitungen: Jnnenleitungen.

Freileitungen. Als Material dafür kommen hauptsächlich blanke Kupferdrähte oder Kupferseile in Betracht.

Nur da, wo Berührung    ^

zwischen Starkstrom und    f§

r\

frvU 3000 ick fa ZOOOO Vtfr

Abb. 76.    Abb. 77.

jjMH. 50000 Veil Abb. 78.

Schwachstromleitungen zu fürchten ist, werden die ersteren mit einer wetterbeständigen Iso- UvA lierung (mit Leinöl und Mennige ^ getränkte Umspinnung) versehen, soweit sie nur Niederspannung

bis 250 Volt führen. Für Hochspannungsleitungen ist blanker Draht vorgeschrieben. Die Befestigung der Freileitungen geschieht an Glockenisolatoren aus Porzellan, die ihrerseits wieder durch eiserne Stützen

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bjis&r&elon ■ ‘OftouoX Jiiy

mit den Leitungsträgern verbunden sind. Bis zu 3000 Volt können die für Telegraphenleitungen üblichen Doppelglocken verwendet werden (Ab. 76), darüber hinaus nur'sog. Deltaglocken (Abb. 77 und 78). Für Spannungen über 50000 Volt werden meist Hängeisolatoren, die aus mehreren Isolatoren zusammengesetzt sind, verwendet.

Als Träger für die Freileitungen dienen:

1 Holzmaste von 14—18 cm Zopfstärke, 8—12 m Länge, die mit Quecksilbersublimat oder ähnlichen fäulnisverhindernden :    .    ^ Stoffen getränkt sind;

!H !    , ;    2. Gisenmaste, und zwar:

j$ I jf M IH# Rohrmaste (Mannesmann-1 i |    5|i    1 ykf. rohre), Giitermaste aus Winkel

| i |    J4%    |¥l und 17-Eisen;

4#*    WM    3. Eisenbetonmaste: a.) Schleu-

derrohrmaste mit kreisrundem

Freileitungen, unterirdische Leitungen

CO'

Querschnitt, b) Lipsiabetonmaste mit rechteckigem Querschnitt und Aussparungen (Abb. 79—82).

Im festen Boden werden die Maste auf etwa % ihrer Länge eingegraben. In weichem Boden oder an den Stellen, wo große Zugkräfte auftreten, wird der Fuß des Mastes außerdem mit einem Betonsockel umgeben. Der Abstand der Leitungsständer beträgt im allgemeinen 35 bis 40 m. Doch geht man in neuerer Zeit, besonders bei Hochspannungsleitungen, auf die doppelte Entfernung, selbst über 100 m hinaus.

Der Abstand der Leitungen untereinander richtet sich nach der Spannung und nach der Entfernung der Leitungsträger: 25—100 cm.

Unterirdische Leitungen. Siebestehen, soweit sie isoliert sein müssen, ausschließlich aus Bleikabeln. Tie geerdeten Mittelleiter des Dreileitersystems oder die Nulleiter in Drehstromanlagen werden meist als blanke, verzinnte Kupferleitungen in die Erde

8^ gelegt.

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Abb. 83. Querschnitt eines einadrigen Bleikabels.

, Die Konstruktion der Bleikabel ist folgende: I Der aus einem Trabt oder aus mehreren verseilten Kupferdrähten bestehende Leiter ist mit getränkter Jutefaser oder Papier umwickelt, dann mit einem HP*’ oder zwei nahtlosen Bleimänteln umpreßt, mit geteertem Juteband und zweifach mit Eisenband spiralförmig umwickelt. Das letztere ist vielfach nochmals durch geteertes Juteband gegen Rosten geschützt. Wenn das Kabel größere Zugbeanspruchungen auszuhalten hat, dann tritt an die Stelle der Eisenbandwicklung eine Bewehrung aus verzinkten Eisendrähten. Für Gleichstrom werden meist Einleiterkabel verwendet (Abb. 83 und 84). Bei Wechselstrom und Drehstrom

Abb. 84.

Einadriges Bleikabel.

müssen die zwei oder drei Adern in einem Kabel vereinigt werden (Abb 85). Bis zu Spannungen von 25000 Volt kann man heute sicher derartige Bleikabel verwenden, versuchsweise sind sogar Kabel für 60000 Volt verlegt worden.

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WMM

Abb. 85. Querschnitt eines dreiadrigen Bleikabels.

Abb. 86. Endver-schluü eines dreiadrigen Bleikabels.

Sehr wichtig

ist für die Hochspannungskabel die sorgfältige Herstellung der Verbindungen und der wasserdichte Absckluß der Enden. Für erstere werden geteilte Muffen, für letztere sog. Endverschlüsse verwendet, die nach der Herstellung der elektrischen Verbindung mit einer erwärmten Jsolier-masse wasserdicht ausgegossen werden (Abb. 86).

Jnnenleitungen. Die im Innern der Gebäude verlegten Leitungen bestehen bis zu 16 qmm Querschnitt aus Kupferdrähten, darüber hinaus aus Kupferseilen, die mit nahtlosem Gummi umpreßt sind. Diese Isolierschicht wird noch durch eine Baumwollumipinnung und -Umflechtung gegen Beschädigung geschützt: Ist dieser Schutz unzureichend, so verwendet man eine Umflechtung aus verzinkten Stahldrähten oder Lederriemen.

Die Jnnenleitungen werden entweder an Porzellanrollen befestigt oder in Jsolierrohren verlegt. Letztere bestehen aus aufgewickeltem Papier, das mit Jsoliermasse getränkt und mit verbleitem Eisenblech, Messingblech oder auch mit Stahlrohr umkleidet ist (Stahlpanzerrohr). Diese Rohre werden auf die Wände und Decken gelegt (offene Verlegung) oder in das Mauerwerk eingelassen (Verlegung unter Putz). In Wohnräumen werden häufig Rohrdrähte, System Kuhlo, verwendet, weil sie nicht so stark sind, wie die Jsolierrohre. Bei diesen

Drähten find die Gummiaderleituugen mit einem Metallmantel aus Messing oder verzinntem Eisen umgeben.

Für die sachgemäße Ausführung der vorgenannten Leitungen hat der Verband deutscher Elektrotechniker besondere Vorschriften aufgestellt (Verlag von Julius Springer, Berlin), aus denen hier nur das Wichtigste mitgeteilt sei:

§ 3. Alle gegen Erde unter Spannung stehenden Teile müssen gegen zufällige Berührung geschützt, und die der Berührung ausgesetzten, zu einer Hochspannungsanlage gehörigen, Konstruktionsteile müssen gut leitend mit der Erde verbunden, (geerdet), sein.

§ 4. Um den Übertritt von Hochspannung in Stromkreise für Niederspannung zu verhindern, sind geeignete Maßnahmen zu treffen. (Siehe Spannungssicherungen S. 56.)

§ 5. Jede Staristromanlage muß einen angemessenen Jsolationswiderstand haben. Er soll mindestens betragen: 1000 Ohm multipliziert mit der Boltzahl der Betriebsspannung, z. B. 500000 Ohm bei 500 Volt Betriebsspannung.

§§ 6, 7, 8 behandeln Aufstellung von Maschinen, Transformatoren und Akkumulatoren.

§ 9. Schalt- und Verteilungsanlagen.

§§ 10—15 Apparate: Ausschalter, Umschalter, Anlasser, Widerstände, Sicherungen und Meßgeräte.

§§ 16—18. Glühlampen, Bogenlampen und Beleuchtungskörper.

§ 20. Leitungen: Bemessung der Leitungen:

Elektrische Leitungen sind so zu bemessen, daß sie bei den vorliegenden Betriebsverhältnissen genügende mechanische Festigkeit besitzen und keine unzulässige Erwärmung annehmen. Isolierte, nicht im Erdboden verlegte, Leitungen aus Leitungskupfer sollen höchstens mit den in der nachstehenden Tabelle verzeichneten Stromstärken belastet werden:

Querschnitt in qmm

Höchstzulässige Stromstärke in Amp.

0,75

bt

4 | 6 10 16 25 j 35 50 | 70 j

95

20 25 31 43 75 100 125 160 200

240

Nennstromstärke der Abschmelzsicherung in Amp.

15 20 25 35 601 80 ilOO

Querschnitt in qmm

120

150 185 240

310 400

500

625

800 1000

Höchstzulässige Stromstärke in Amp.

280

325 380

450

540 640

760

880

1050

1250

Nennstromstärke der Abschmelzsicherung in Amp.

225

260 300

360

430 500 600

700

850

1000

Für die im Freien und im Erdboden verlegten Leitungen enthalten die Sicherungsvorschriften keine Bestimmungen. Nach den üblichen Formeln für die Erwärmung sind folgende Belastungen zulässig:

Im Erdboden verlegt:

Querschnitte Im Freien a) Einleiter- b) Dreileiter- c) Dreileiter

qmm

Amp.

kabel für bis kabel für bis kabel für bis 700 Volt 3000 Volt 10000 Volt

Amp.

Amp.

Amp.

46

55

37

60

70

47

10

86

16

95

65

60

118

130

25

85

80

170

110

105

35

210

50

135

125

70

260

320

165

155

95

420

200

240

190

225

120

500

150

590

260

185

315

690

240

830

575

670

360

(M CQ CO

310

1000

420

785

490

Bei Anordnung von Kabeln in Kanälen und bei Anhäufung vonKabeln im Erdboden ist die Höchstbelastung auf % der obigen Werte zu ermäßigen.

§ 21. Allgemeines über Leitungsverlegung.

§§ 22, 23 Leitungen und Installationen im Freien.

§ 24. Leitungen in Gebäuden.

§§ 25, 26. Isolier- und Befestigungskörper. Rohre.

§§26—36. Behandlung der verschiedenen Räume: Betriebsräume, feuchte Räume, feuer- und explosionsgefährliche Räume, Schaufenster, Warenhäuser.

§ 37. Provisorische Einrichtungen.

§§ 38, 39. Theater und gleichzustellende Versammlungsräume.

§§ 40—46. Bergwerksanlagen.

Ähnliche Vorschriften hat der Verband deutscher Elektrotechniker erlassen für die Einrichtung elektrischer Bahnanlagen und auch für den Betrieb elektrischer Anlagen < Betriebsvorschriften), ferner für die Bewertung und Prüfung elektrischer Maschinen und Transformatoren.

Die für die Leitungen erforderlichen Apparate sind im wesentlichen 1. Schalter, 2. Sicherungen, 3. Schutzapparate gegen atmosphärische Entladungen oder gegen die in den Leitungen auftretenden Überspannungen.

Schalter.

Schaltapparate dienen dazu, die Leitungen nach Belieben mit einer Stromquelle oder mit einem Stromverbraucher zu verbinden oder von ihnen zu trennen. Ein guter Schalter muß folgende Forderungen erfüllen :

1.    Die Kontakte müssen für die durchfließenden Stromstärken genügend stark bemessen sein. um eine Erwärmung zu vermeiden;

2.    der bei der Trennung der Kontakte auftretende Lichtbogen muß

sofort erlöschen.    *

Für kleine Stromstärken und Niederspannung sind (f    s"

.k

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j, Abb. 88.

Abb. 87.

diese Forderungen leicht zu erfüllen. Abb. 87 stellt einen Drehschalter in einfacher Ausführung dar: P ist die Platte aus Steingut oder Porzellan, kx bis \ sind Kontaktstücke | p aus Messing kv und k₃ sind mit der Leitung verbunden. fi)t eine Feder aus dünnem hartgezogenem Messing, die in der Achse a befestigt ist. Letztere trägt den isolierten Griff G. Wird dieser in der Pfeilrichtung gedreht, dann schnellt bte Feder auf die Kontakte kt und k₃ und oerbiudet die Leitungsdrähte. Bei weiterer Drehung findet die Trennung statt, und infolge der Geschwindigkeit, mit der die Feder von einem Kontakt zum andern springt, ist die Funkenbildung gering. Für größere Stromstärken wird das eigentliche Schaltstück l Schaltmesser, Schalthebel)-mit dem Betätigungshebel durch eine Feder verbunden (Abb. 88). Wird der Hebel li in der Pfeilrichtung bewegt, so wird zunächst die Feder f gespannt. Wenn der Knaggen a des Hebels h den Knaggen b des Schaltmessers m berührt, dann wird dieses durch die Feder aus dem Kontakt k herausgeschnellt.

Bei hohen Spannungen ist die Forderung des funkenlosen Ausschaltens schwer zu erfüllen. Man verwendet Öl sch alt er, die so genannt werden, weil die Unterbrechung unter Öl, also unter Luftabschluß, stattfindet. Die Kontakte \ und k₂ (Abb. 89) sind mit der oberen Gußeisenplatte G durch große Isolatoren J, die wegen der Rillen, welche die Oberfläche vergrößern und den Stromübergang erschweren, Rillenisolatoren genannt werden, verbunden. Das Leitungskupfer geht durch die Isolatoren. Die unteren Kontakte k₃ und kA sind vermittels ähnlicher Jso-^ latoren an einem Träger befestigt, der durch den ^ Hebel h mit der Achse a verbunden ist. Das Ganze ist umschlossen von dem Blechkasten Kt der mit Öl gefüllt ist. Es darf nur reines Mineralöl verwendet werden, dessen Wassergehalt durch £ Kochen entfernt ist Wlrd das Handrad H in ” der Pseilrichtung gedreht, dann bewegt sich der Träger T mit den unteren Kontakten nach oben; der Stromkreis wird geschlossen. Bei umgekehr-,3( ter Drehung findet das Ausschalten, die Trennung des Stromkreises, statt. Da keine Luft zutreten kann, ist jegliche Funkenbildung ausgeschlossen.

Abb. 89.

Ölschalter werden gebaut: a) für Handbetätigung, h) für selbsttätige Auslösung bei übermäßi-gem Anwachsen des Stromes (Maxim alauslösung). c) für selbsttätige Auslösung beim Ausbleiben der Spannung (Minimalaus-töfung).

Tie Auslösung geschieht in der Weise, daß die Stromspule eine Sperrklinke absiebt und dadurch eine gespannte Feder oder ein gehobenes Gewicht zur Wirkung bringt.

Sicherungen.

Unter Sicherungen versteht man Apparate, die eine selbsttätige Unterbrechung des Stromkreises durch Schmelzen eines Metallstreifens herbeiführen, sobald die Stromstärke über ein gewisses Mäh hinaus wächst. Als Material für Schmelzstreifen verwendet man Blei, Kupfer, Silber und Britanniametall.

Abb. 90.

Für kleine Stromstärken und niedere Spannung wird der Schmelzstreifen in einer Patrone aus Porzellan befestigt. Die Patronen-sicherung muß: 1. sicher schmelzen bei der Stromstärke, für die sie gebaut ist, 2. darf sie durch die beim Schmelzen entstehendeWärmeentwicklung nicht gesprengt werden,

3. muß sie unverwechselbar sein, weil sonst der sichere Schutz des Leitungsdrahes nicht erreicht wird. Abb. 90 zeigt eine Patronensicherung der Siemens-Schuckert-M Werke: a ist das Unterteil, b die Patrone, c der ™ I Schmelzdraht, d der Stöpselkopf. Bei diesen Sicherungen wird die Unverwechselbarkeit dadurch erreicht,

SoMtäam-

daß bei wachsender Stromstärke ent- , weder der Durchmesser (System Diazed) oder die Länge der Patrone (Longized) L. zunimmt. Patronensicherungen werden bis zu 100 Amp. Stromstärke verwendet.

Für größere Stromstärken kommen nur Streisensicherungen in Betracht. JUmr Bei Streifensicherungen ist die Leitung — mit zwei Bolzen ^ und / verschraubt. Diese u u sind durch einen Schmelzeinsa<) (Abb. 91) verbunden, der aus zwei Kontaktplatten

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Abb. 92.

Abb 91.

a und b besteht, in welche je nach der Stromstärke ein oder mehrere Silöerdrähte c eingelötet sind. Statt der letzteren werden zum Teil auch Bleistreifen verwendet, die zwar billiger, aber nicht so zuverlässig in der Wirkung sind.

Für Hochspannungen müssen die Schmelzstreifen sehr lang werden, weil sonst der Lichtbogen zwischen den Kontakrplatten stehen bleibt. Deshalb werden die Streifen, meist dünne Silberdrähte, in lange Porzellanröhren eingebettet (Abb. 92). Bei größeren Energiemengen werden die Sicherungen besser durch selbsttätige Ausschalter ersetzt.

Schutzapparate gegen atmosphärische Entladungen und gegen Überspannungen.

Überspannungen können entstehen: in Freileitungen, durch atmosphärische Entladungen, in Kabelleitungen, durch plötzliche Belastungsänderungen. Tie Überspannungen müssen durch besondere Strombahnen zur Erde abgeleitet oder zwischen den Leitungen zumAusgleich gebrachtwerden.

Diesem Zwecke dient eine große Zahl von Schutzapparaten, von denen hier nur die wichtigsten und verbreitetsten Konstruktionen besprochen werden sollen.

Abb. 93.

Tie atmosphärische Elektrizität ist statischer Natur (Reibungselektrizität). Diese Elektrizität ist. im Gegensatz zu der dynamischen Elektrizität, eher geneigt, kurze Unterbrechungen in den Leitungen (Funkenstrecken) zu überspringen, als Spulenwindungen zu durchlaufen. Auf dieser Neigung beruht die in Abb. 93 dargestellte Schutzvorrichtung.

Sie dient dazu, Stromerzeuger, Transformatoren oder Motoren vor dem Eindringen der statischen Elektrizität zu schützen. Zu diesem Zweck schaltet man in die Zuleitungen Drosselspulen ohne Eisenkern (Dr) ein. Diese erzeugen infolge der hohen Selbstinduktion einen scheinbaren Widerstand und bewirken dadurch, daß die statische Ladung ihren Ausgleich mit der Erde durch dieFunkenstrecke^sucht. Die Elektroden dieser Funkenstrecke sind hörnerartig ausgebildet. Der Apparat heißt deshalb Hörner-blrtzableiter. Die Entfernung der Elektroden beträgt etwa 1 mm für je 1000 Volt Betriebsspan-

li

MM

nung.

Die- Drosselspulen haben einen Durchmesser von etwa 20 cm. Der Abstand der Spulenwindungen (Eisen oder Kupfer) voneinander ist etwa 2 bis 3 cm. Bei Hochspannungsanlagen müssen induktionsfreie Widerstände W in die Verbindungsleitung zwischen Funkenstrecke und Erde eingeschaltet

Abb. 94.Wirkung eines Hörner-Blitzableiters.

werden, um beim Ansprechen der Funkenstrecke ein zu großes Anwachsen der von der Maschine kommenden Stromstärke zu verhindern. Die induktionsfreien Widerstände bestehen aus Tongefäßen, die mit Wasser, in welches die Leitungsdrähte eintauchen, gefüllt sind, oder aus Tonröhren, die eine Mischung aus Carborundum und Graphit enthalten. Der sich zwischen den Hörnern bildende Lichtbogen wird durch die Erwärmung der umgebenden Luft in die Höhe getrieben, bis er schließlich abreißt (Abb. 94). Für reine Kabelnetze handelt es sich nur um den Ausgleich der Überspannungen zwischen den Leitern. (Abb. 95: Schema für eine Drehstromanlage.)

Abb. 95.

Abb. 96.

Früher wurden an Stelle der Hörnerblitzableiter Rollenfunkenableiter verwendet, bei denen der Lichtbogen durch Unterteilung und Abkühlung an den Oberflächen der Rollen zum Verloschen gebracht wird. Abb. 96 zeigt die schematische Darstellung eines Rollenblitzableiters. B sind Rollen aus Metall, mit etwa 0,8 mm Abstand voneinander, und W ein Car-borundumwiderstand.

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Abb. 97.

XZ 20 —1t VWWW

VMW\V

- -W\MWV § XV

7?

7?

Zur dauernden Ableitung statischer Ladungen in Frei- Mg leitungen werden vielfach Wasserstrahlerder angewen- fifll. g bet (Abb. 97). Aus der Düse der Wasserleitung, die zu- ^ gleich als Erdleiter wirkt, springt ein dünner, geschlossener Wasserstrahl gegen eine Metallglocke, die mit der zu entladenden Leitung verbunden ist. Der hohe ohmische Widerstand des Wasserstrahles hat den Vorteil, nur eine geringe Energiemenge nach der Erde entweichen zu lassen.

Anlaßapparate für Motoren, Anlasser.

Bereits S. 43 ist darauf hingewiesen, daß die Klemmen des Elektromotors nicht ohne weiteres mit der Stromquelle oder mit der Leitung in Verbindung gebracht werden dürfen. Der ruhende Anker erzeugt keine Gegenspannung, und da sein Widerstand gering ist, so würde die unmittelbare Verbindung mit der Stromquelle einen sog. Kurzschluß, d. h. eine unzulässig hohe Stromstärke zur Folge haben.

Um die Stromstärke auf das zulässige Maß zu mindern, schaltet man Widerstände vor die Ankerwicklung, und zwar so, daß sie nach dem Anlaufen des Motors nach und nach verringert werden können, wenn der Motor Spannung (Gegenspannung) erzeugt.

Anlasser für Gleichstrommotoren.

Motor

Leitung

M,

Abb. 98.

Abb. 99.

Beim Hauptstrommotor besteht der Anlasser aus einem einfachen Stufenschalter, dessen einzelne Kontakte durch Widerstandsspiralen verbunden sind (Abb. 98). W ist der Anlaßwiderstand. A der Anker und M die Magnetwicklung. Wenn der Schalthebel h auf den Kontakt 5 gestellt wird, dann muß der Strom den gesamten Widerstand Wf die Magnet- und Ankerwicklung, durchfließen. Die Stromstärke sinkt, sobald der Anker sich dreht, weil er Spannung erzeugt. Der Hebel wird dann auf Kontakt 4 gestellt, also ein Teil des Widerstandes ausgeschal- k pvvvv# tet; dadurch wächst augenblicklich die Anlasser Stromstärke, und damit auch das mag- \m netische Feld und die Gegenspannung.

In dem gleichen Maße, wie der Motor schneller läuft, können die einzelnen Stufen des Widerstandes abgeschaltet werden, bis schließlich der Schalthebel h auf dem Kontakte 1 steht; man sagt, der Widerstand ist kurz geschlossen. Bei mittelgroßen Motoren dauert das Anlassen, je nach der zu leistenden Beschleunigungsarbeit, 10 bis 20 Sekunden. Das Ausschalten muß sehr schnell geschehen, um größere Funkenbildung am Kontakt 5 zu vermeiden.

Beim Nebenschlußmotor ist der Aufbau des Anlassers etwas geändert. Um beim Anlassen ein recht starkes Magnetfeld zu erzielen, muß der Magnetwicklung sofort die volle Spannung zugeführt werden. Die schematische Darstellung ist aus Abb. 99 ersichtlich. Die Bezeichnungen sind die gleichen wie in Abb. 98: Der Schalthebel h gleitet außer auf den Kontakten 5 bis 1 noch auf der Schiene s, die unmittelbar mit der Magnetwicklung verbunden ist, so daß diese sofort die volle Spannung erhält. Das allmähliche Abschalten der Widerstandsstufen, die der Ankerwicklung vorgeschaltet sind, vollzieht sich wie beim Hauptstrommotor. Für das Ausschalten ist zu beachten, daß der Schalthebel h erst die Schiene s und dann den Kontakt 5 verläßt; im umgekehrten Falle würde beim Ausschalten der Magnetwicklung infolge des bei der Unterbrechung des Stromkreises erzeugten Extrastromes starke Funkenbildung eintreten. (Seite 14, Abb. 4.) Die Spannung dieses Stromes beträgt bei einem größeren Motor, der mit 500 Volt erregt ist, mehrere tausend Volt. Wird die eben

verläuft der Extrastrom unschädlich f durch den induktionsfreien Wider-w stand W. Ein solcher Apparat wird

erwähnte Anordnung nicht beachtet, so ist unbedingt die Zerstörung der Isolation die Folge.

Soll ein Elektromagnetstromkreis E (induktiver Stromkreis) ohne den parallelgeschalteten Ankern und Anlaßwiderstand unterbrochen werden, so ist die Hinzufügung eines induktionsfreien Widerstandes W erforderlich (Abb. 100). Ein solcher besteht aus Trahtwindungen, die bifilar gewickelt sind und keinen Eisenkern enthalten. Bevor der Schalthebel h den Kontakt 1 der Elektromagnetwicklung E verläßt, berührt er den Kontakt 2 des induktionsfreien Widerstandes ,

W. Beim Verlassen des Kontaktes 1    z[_

Em

Abb. 100.

Abb. 101.

als Magnetausschalter be- mltT"0 zeichnet.

Für Verbundmotoren werden die gleichen Anlasser wie für Nebenschlußmotoren verwendet.

Häufig werden die Anlasser mit einer Einrichtung versehen, welche eine selbsttätige Ausschaltung des Motors bewirkt, sobald aus irgendeinem Grunde der Strom ausbleibt (Abb. 101). Der Schalthebel h trägt ein kleines Eisenstück a, welches durch den Elektromagneten m so lange gehalten wird, als der Magnetstromkreis M des Motors geschlossen ist. Bleibt der Strom aus, dann verschwindet die Zugkraft des Haltemagneten m, und die Feder f reißt den Hebel Ji in seine Ausschaltstellung zurück. Man nennt diese Vorrichtung Anlasser mit selbsttätiger Minimalausschaltung oder Nullspannungsauslösung. Diese Auslösung verhütet beim Wiedereinschalten des Stromes vom Kraftwerk aus die Zerstörung der Ankerwicklungen oder der dem Anker vorgeschalteten Sicherungen. Die Nullspannungsauslösung ist besonders bei ausgedehnten Anlagen zu empfehlen.

Durch selbsttätige Ausschaltung kann man den Motor auch vor Überlastung schützen. Der kleine Elektromagnet m liegt dann im Ankerstromkreis, und der Hebel h ist in seiner Einschaltstellung durch den kleinen Ankerhebel des Elektromagneten m gesperrt. Steigt die Stromstärke über ein bestimmtes Maß, dann wird der Sperrhebel angezogen, und der Hebel h geht infolge der Federkraft von f in seine Äusschaltstellung zurück. (Anlasser mit selbsttätiger Maximalauslösung.)

Bei der Besprechung des Gleichstrommotors wurde bereits darauf hingewiesen, daß sich seine Geschwindigkeit in weiten Grenzen ändern läßt: a) durch Hanpistromregulierung, b) durch Nebenschluß- (Feld-) regulierung, c) durch eine Verbindung dieser beiden Regulierungen.

Haupstromregulierung. Bei der Hauptstromregulierung wird der Widerstand in die Zuleitung zum Anker eingeschaltet; er soll die zugeführte Spannung mindern. Nimmt der Widerstand z. B. die Hälfte der Spannung weg, dann dreht sich der Anker des Motors nur mit der halben Geschwindigkeit, weil er nur die halbe Gegenspannung zu erzeugen braucht. Dementsprechend sinkt die Leistung des Motors; aber die durch den Vorschaltwiderstand aufgezehrte Energie setzt sich in Wärme um und geht nutzlotz verloren. Die Hauptstromreguliernng ist also mit großem Energieverlust verbunden.

Ein zweiter Nachteil der Hauptstromregulierung besteht darin, daß die Geschwindigkeit des Motors durch den vorgeschalteten Hauptstromwiderstand von der Belastung abhängig wird. Ein 220-Volt-Motor arbeitet z. B. mit einem vorgeschalteten Widerstand von 1 Ohm derart, daß seine volle Umdrehungszahl von 1000 in der Minute auf 500 herabgesetzt ist, wenn der Stromdurchgang 110 Amp. beträgt. Der Widerstand von 1 Ohm nimmt also 110 Volt Spannung weg. Sinkt nun der Kraftbedarf der angetriebenen Maschine auf die Hälfte, dann sinkt auch die Stromstärke auf 55 Amp.; der Widerstand nimmt nur 55 Volt weg und die Spannung am Motor steigt auf 165 Volt, die

---- auf 750 in der Minute. Soll die

Umdrehungszahl auf

ursprüngliche Umdrehungszahl von 500 in der Minute wiederhergestellt werden, so muß der Vorschaltwiderstand von 1 aus 2 Ohm vergrößert werden.

Neb enschluß-(Feld-)regulierung. Bei der Feldregulierung wird der Widerstand in den Magnetstromkreis eingeschaltet, der nur wenige Prozent der gesamten Energie aufnimmt. Die Veränderungen des Widerstandes und die dadurch hervorgerufenen Verluste sind wirtschaftlich unbedeutend. Leider kann man mit der Feldregulierung nur eine Erhöhung, keine Verringerung der Geschwindigkeit des Motors erzielen. Durch den eingeschalteten Widerstand sinkt die Stromstärke in der Magnetwicklung, dementsprechend auch die Stärke des magnetischen Feldes. Der Motor muß also seine Geschwindigkeit erhöhen, um die entsprechende Gegenspannung zu erzeugen. Da die Umdrehungszahlen der Motoren

1000 - 165

220

ohnehin meist höher als erwünscht sind. so müssen Motoren, deren Geschwindigkeit durch Feldregulie- L rung geändert werden soll, für geringe Umdrehungszahlen gebaut sein. Die normale Drehzahl eines Motors sei 1000 in der Minute; seine Geschwindigkeit soll im Verhältnis 1:3 durch Feldregulierung geändert werden können. Der Motor wird dann für eine Grunddrehzahl von 500 in der Minute gebaut, die durch Feldregulierung auf 1500 in der Minute gesteigert werden kann. Derartige Motoren müssen zum Zwecke der guten Kommutierung des Stromes mit Hilfspolen ausgerüstet werden (Abb. 22).

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Anlassen ' Regulieren

Abb. 10*2.

Hauptstrom- und Nebenschlußregulierungen. Einen Regulieranlasser. der sowohl eine Verminderung der Geschwindigkeit durch vorgeschalteten Hauptstromwiderstand als auch eine Erhöhung der Geschwindigkeit durch Feldregulierung ermöglicht, zeigt Abb. 102. Die Widerstände zwischen den Kontakten 6 und 3 sind nur zum Anlassen bestimmt. Sie dürfen nicht dauernd eingeschaltet werden Dagegen sind die Drahispiralen zwischen 3 und 0 so stark bemessen, daß sie die volle Stromstärke, für welche der Motor gebaut ist. aushalten können. Wenn z. B. der Hebel h auf Kontakt 3 steht, so ist die Drehzahl um 30% vermindert, bei 2 um 20% usw. Bei der Stellung auf 0 ist der Hauptstromwiderstand ganz weggeschaltet; das Feld ist voll erregt. Der Motor arbeitet mit seiner Grunddrehzahl, sagen wir 500 in der Minute. Bei fortschreitender Bewegung wird Widerstand in den Magnetstromkreis eingeschaltet und die Drehzahl des Motors steigt bei d um 100%, d. h. auf 1000 in der Minute, bei f um 200%. d. h. auf 1500 in der Minute.

Die Anlasser unterscheidet man nach ihrem Aufbau:

1. Anlasser mit Luftkühlung (Abb.

103). DieseAnlasser werden meist für kleine Motoren und überall da verwendet, wo die Drahtspiralen zum Zweck derAbwärtsregu-

lierung dauernd eingeschaltetbleiben müssen. Abb. 103, Anlasser mit Luftkühlung.

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2.    Anlasser mit Ölkühlung (Abb. 104). Diese Anlasser sind für mittlere und größere Motoren üblich. Die Drahtspiralen befinden sich in einem Ölbade, weil Öl die beim Anlassen auftretende Erwärmung besser aufnimmt als Luft. Die mit Öl gekühlten Anlasser erfordern weniger Material und lassen sich billiger herstellen als solche mit Luftkühlung, aber sie können für häufiges Einschalten nicht gebraucht werden, weil das Öl die aufgenommene Wärme nur langsam an die umgebende Luft abgibt. Bei häufigem Einschalten, wie es Förderhaspel usw. erfordern, würde das Öl schließlich kochen.

3.    Flüssigkeitsanlasser. An Stelle von Drahtspiralen wird bei diesen Anlassern der

Abb. 104. Anlasser mit Ölkühlung.

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Widerstand von Wasser, in dem etwas Soda aufgelöst ist, zum Anlassen des Motors verwendet (Abb. 105). Wenn der Hebel/r sich in der punktierten Stellung befindet, dann taucht die Metallplatte ^ nur eben in die Flüssigkeit ein; der Widerstand ist groß, die durchfließende Stromstärke gering. In dem gleichen Maße wie die Platte tiefer eintaucht, verringert sich der Widerstand, die Stromstärke steigt bis schließlich die Kontakte a und b durch den Hebel h metalllisch verbunden werden. Auch diese Apparate sind nur für seltenes Anlassen zu gebrauchen, weil sonst die Flüssigkeit ins Kochen gerät; außerdem muß das Wasser öfters erneuert und der Kasten Je gereinigt werden.

4. Schaltwatzenanlasser. Müssen größere Motoren öfters eingeschaltet werden, dann ist es üblich, die Kontakte auf einer Walze anzuordnen,

und man spricht deshalb von Schaltwalzenanlassern (Kontrollern). "Die nebenstehende Abb.

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Abb. 106. Echcrltwalzen-Anlasser

106 zeigt das Innere einer derartigen Schaltwalze von der Firma Voigt & Häff-ner, A.G., Frankfurt a. M. Der zugehörige Stufenwiderstand wird meist vom Anlasser getrennt aufgestellt. Für größere Stromstärken wird als Widerstandsmaterial häufig Gußeisen verwendet. Weil ein starkes magnetisches Feld die Eigenschaften hat, auftretende elektrische Funken schnell auszublasen, werden die Schaltwalzen vielfach mit Elektromagneten (Blasmagneten) ausgerüstet.

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5. Selbsttätige Anlasser. Die meisten Elektromotoren laufen in jeder Stellung ohne weiteres an. Deshalb ist es möglich, die Einschaltung selbsttätig zu bewirken, z. B. durch einen Schwimmer, der von dem Wasser in einem Behälter gehoben oder gesenkt wird, oder durch einen Manometer, dessen Zeiger je nach seiner Stellung einen Stromkreis schließt oder öffnet.

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Die Anordnung einer solchen selbsttätigen Anlaßvorrichtung zeigt Abb. 107. Ist der —Ätz Schwimmer oben, dann ist der Stromkreis unterbrochen. Sinkt der Schwimmer bis in „ seine unterste Stellung, dann wird der Schalt-Hebel gehoben, bis das Gewicht G am Winkelhebel die senkrechteLage überschritten hat. Alsdann drückt dieses Gewicht den Schalthebel h, dessen Geschwindigkeit durch die Ölbrause Br

gemäßigt wird, nach unten. Ter Motor läuft an, setzt die Pumpe in Bewegung, und, sobald der Schwimmer seine höchste Stellung erreicht hat, tritt der gleiche Vorgang in umgekehrter Richtung in Erscheinung, nur daß die Ölbremse jetzt nicht zur Wirkung kommt, weil das Ausschalten schnell geschehen

a Abb. 108.

soll.

UmdaslangsameAnlassen zu erreichen, bedient man sich verschiedener Hemmvorrichtungen, z.B. Windflügel, Pendelwerke usw. Für große Motoren ist der Selbstanlasser meist mit einem Hilfsmotor ausgerüstet, der das Drehen des Schalthebels durch Schnek-kengetriebe besorgt.

XX Abb. 109. b

6. Umkehranlasser. Tie vorgenannten Anlaßvorrichtungen können derart mit Umschaltern ausgerüstet werden, daß der Elektromotor sowohl nach rechts wie nach links herum läuft; man spricht dann von Umkehranlassern.

Soll die Drehrichtung geändert werden, so ist:

1.    beim Gleichstrommotor mit Hauptwicklung die Verbindung zwischen der Magnetwicklung und dem Anker zu wechseln. Wollte man nur die äußeren Zuleitungen vertauschen, dann würde der Motor in der gleichen Richtung weiter laufen, weil die Stromrichtung sowohl im Anker als im Magnetfeld gewechselt wäre (Abb. 108a und b).

2.    beim Gleichstrommotor mit Nebenschlußwicklung die Stromrichtung im Anker zu wechseln (Abb. 109 a und b).

3.    beim Gleichstrommotor mit Verbundwicklung die Stromrichtung in der Hauptstromwicklung auf den Magneten und im Anker zu wechseln (Abb. 108 u. 109).

Anlasser für Drehstrommotoren.

Das über die Anlasser für Gleichstrommotoren Gesagte gilt sinngemäß auch für Drehstromanlasser. Auch für Drehstrom gibt es An-

lasser mit Luftkühlung und Ölküblung, ferner FlüssigkeitS-, Schaltwalzen-(Kontroller), Selbst- und Umkehranlasser. Für die Umkehrung der Drehrichtung genügt es, zwei von den drei Leitungen zu vertauschen (2lbb. 110a und b).

Die Einschaltung des Stufenwiderstandes in den sekundären Stromkreis des Drehstrommotors ist bereits auf Seite 51, Abb. 49 erläutert.

Bei kleinen Trehstrommotoren mit

Kurzschlußanker (S. 50) ist zum Anlassen auch die Stern-Dreieck-Umschaltung gebräuchlich, und zwar deshalb, weil sie den großen Stromstoß beim Einschalten nach Möglichkeit mindert. Durch einen geeigneten Umschalter werden die sechs Enden der drei Wicklungen nach dem Schema Abb. 111 erst in Stern- und dann in Dreieckschaltung ver-p bunden. Wesentlich ist, daß diese Schaltungen in der

"=f=-s richtigen Reihenfolge vorgenommen werden.

T Für das Anlassen größerer Drehstrommotoren mit — Kurzschlußanker werden Anlaßtransformatoren mit Stufenschalter verwendet. Die sekundäre Wicklung eines derartigen Transformators ist mehrfach unterteilt. Durch den \ StufenschalterwirdderStänderwick-lungdesMotorsnachundnachhöhere Spannung zugeführt. Der Motor kann nur unbelastet oder mit ganz geringer Last anlaufen.

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a Abb. 110. ß

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Abb. Hl.

Kraftübertragung vom Motor zur Arbeitsrnaschine.*)

Unmittelbare (direkte) Kupplung. Die natürlichste Verbindung zwischen Elektromotor und Wellenleitung (Transmission oder Arbeitsmaschine ist die unmittelbare (direkte) Kupplung. Man kann aber

von ihr nur in vereinzelten Fällen Gebrauch machen, weil die Umdrehungszahlen der Arbeitsmaschine und der Wellenleltungen meist erheblich geringer sind als die der Elektromotoren. Besonders geeignet zur unmittelbaren Kupplung sind Schleuder- (Zentrifugal-) pumpen, Ventilatoren, Exhaustoren, Schleif- und Poliermaschinen, Schleuderapparate (Zentrifugen), kurz, Maschinen, welche mit hohen Umdrehungszahlen arbeiten und ziemlich gleichmäßigen Kraftbedarfhaben. Für schu ell-laufende Maschinen mit stark wechselnder Belastung: Kreissägen, Hobelmaschinen usw. ist direkte Kupplung nicht geeignet, weil die Anker oder die Rotoren der Motoren zu sehr durch die Belastungsstöße leiden und Funkenbildung am Stromabgeber der Gleichstrommotoren sowie Lockerung der Wicklungsdrähte die Folge sein würden. Bei starkem Belastungswechsel schafft die Elastizität des Riemens den besten Ausgleich. (Siehe Riemenantrieb.)

Bei großem Kraftbedarf langsam laufender Arbeitsmaschinen, z. B. Wasserhaltungen, Schachtförderungen usw., ist es zweckmäßig, die Drehzahl der Elektromotoren derjenigen der Kolbenpumpen, Fördermaschinen und Wellenleitungen der direkten Kupplung wegen anzupassen. Dann kann man den Anker oder Rotor des Motors auf der Hauptwelle der Arbeitsmaschine befestigen.

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Abb. 112.

Bei kleineren und mittleren Leistungen wird die Verbindung meist durch eine elastische Kupplung (Leder-, Zodel-Voith-Kupplung) bewirkt (2166.112). Die Lederkupplung ist eine Scheibenkupplung SS, / deren Verbindungsbolzen B durch Lederscheiben oder ähnliche elastische Stoffe miteinander ver-r—| bunden sind. Geringe Abweichungen in den Mittel-Urnen der beiden verbundenen Wellen und geringe Stöße der Arbeitsmaschine werden durch Lederkupplungen unschädlich gemacht.

Riemenantrieb. In den weitaus meisten Fällen wird die Leistung des Elektromotors durch Riemen auf die Wellenleitung oder auf die Arbeitsmaschine übertragen. Der Riemenantrieb ermöglicht eine weitgehende Anpassung an die zweckmäßige Umdrehungszahl der angetriebenen Maschine. Außerdem ist der elastische Riemen vorzüglich geeignet, kurze und harte Stöße der Arbeitsmaschine, z. B. bei Pressen und Stanzen, auszugleichen. Der Riemen muß aber genügend lang und darf nicht zu stark gespannt sein. Andrerseits ist eine gewisse Spannung im Riemen erforderlich. Da er sich durch die

Beanspruchung im Betrrebe längt, mutz die richtige Spannung durch Nachspannen wieder hergestellt / werden. De-Halb wird der Motor —(• nicht unmittelbar mit dem Fun- j dament verbunden, sondern auf Spannschlitten (Stellschienen) be- M-festigt (Abb. 113).    W

3166.113.

Wesentlich für die zu über- ^ tragende Leistung ist die Größe des umspannten Bogens der kleinen Riemscheibe des Motors (Abb. 114). Diese Umspannung wird in neuerer Zeit in den Fällen, wo die räumlichen Verhältnisse eine genügend große Achsenentfernung nicht gestatten, durch Einfügung einer schwingenden Seitrotte (Lenixrolle) LR erreicht. Das Gewicht G sorgt für die nötige Anspannung des Riemens, wenn das Eigengewicht der Leitrolle hierzu nicht ausreicht.

Abb. 115 zeigt die Aufstellung eines kleinen Motors auf einer Wippe. Das Eigengewicht des Motors und die Spannung der Feder sorgen für die entsprechende Spannung des Riemens.

Die durch den Riemen zu übertragende Leistung ist abhängig von seiner Geschwindigkeit und von dem Durchmesser der kleinen Scheibe. Zweckmäßig ist eine Geschwindigkeit von 20—30 m in der Sekunde. Bei dieser Geschwindigkeit beträgt der Verlust durch die Riemenübertragung nur 2—5%, wenn die Scheibendurchmesser nicht zu klein sind. Wegen des geringen Kraftverlustes werden heute , mitunter Leistungen bis zu 1000 PS und mehr durch Riemen übertragen, für die man früher ausschließlich ( b ) Seilantriebe verwendete. Der einzige Vorteil des

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Dagegen darf nicht übersehen    r-f

i werden, daß der Kraftverlust H    bei Seilübertragung wesent- M

^    lich grötzer (5—10%) ist, B

als bei Riemenübertragung;    Abb. m.

das ist durch die Versuche von Prof. Kammern, Charlottenburg, nachgewiesen. Außerdem bedingt die hohe Umdrehungszahl des Elektromotors einen kleinen Scheibendurchmesser, meist weniger als lm, was für den Teilbetrieb ungünstig ist.

Abb. 116.

Rcynoldsche Zahnkette.

Bei größeren Leistungen werden neuer, dings an

Stelle von Seilen und Riemen Stahlbänder verwendet.

Kettenantrieb empfiehlt sich bei kleinen Scheibendurchmessern und bei kleinen Umfangsgeschwindigkeiten. Für kleine Leistungen wählt man

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die einfache Glieder- oder Gallsche Kette (wie bei den Fahrrädern), bei größeren Leistungen hat sich die „Reynoldsche geräuschlose Zahnkette" bewährt (Abb. 116).

Zahnräderantrieb verwendet man vielfach für den unmittelbaren Zusammenbau von Motoren mit Arbeitsmaschinen. Um das Geräusch der schnellaufenden Räder zn mildern, wird das kleine Zahnrad auf der Motorachse (Ritzel) bei kleineren Leistungen meist aus Rohhaut hergestellt; die Zähne müssen sorgfältig gefräst sein. Für den Antrieb von ganz langsam laufenden Wellen ist man häufig aus räumlichen Gründen gezwungen, ein Zahnradvorgelege mit dem Motor zu verbinden. Abb. 117 zeigt eine solche Anordnung. Das Übersetzungsverhältnis der Zahnräder ist meist 1 : 4 bis 1 : 6.

Schneckenantrieb (Schraube ohne Ende) eignet sich für den Antrieb sehr langsam lausender Achsen besonders dann, wenn der Betrieb nur kurzzeitig (intermittierend) ist, wie bei Winden, Fahrstühlen und Aufzügen. Bei der kurzen Inanspruchnahme spielt der geringe Wirkungsgrad des Getriebes, meist nur 45—60 %> keine große Rolle und die durch die Reibungsarbeit der Schnecke hervorgerufene Wärme kann während der Ruhepausen abgegeben werden. Das Getriebe ist meist vollständig von einem gußeisernen Gehäuse umgeben und läuft dauernd unter Öl, das von Zeit zu Zeit erneuert werden muß.

Reibungsantrieb (Friktionsantrieb) wurde früher vielfach angewendet, ist aber für Leistungen von mehr als einer Pferdestärke nicht zu empfehlen.

Stromerzengungsanlagen, Kraftwerke.

Jeder Stromerzeuger (Dynamo, Generator) bedarf zu seinem Antrieb einer Kraftmaschine, deren mechanische Energie er in elektrische umwandelt.

Dampfmaschine?) Als die elektrische Kraftübertragung ihre Siegeslaufbahn begann, wurden als Antriebsmaschinen für die Stromerzeuger fast ausschließlich Dampfmaschinen benutzt. Zuerst erfolgte der Antrieb vermittels Riemen vom Schwungrad der Dampfmaschine oder von der Hauptwellenleitung aus. Später bemühte sich die Maschinentechnik, schnellaufende Dampfmaschinen zu bauen. Anderseits stellte die

Elektrotechnik langsamlaufende Dynamos her, welche zur unmittelbaren Kupplung mit jenen Dampfmaschinen geeignet waren. Zuerst wählte man stehende Dampfmaschinen, weil diese infolge ihres kurzen Hubes für höhere Umdrehungszahlen besser geeignet waren. Die stehenden Dampfmaschinen haben aber gegenüber den liegenden den Nachteil, daß sie nicht so bequem zugänglich und dementsprechend schwieriger zu bedienen sind. Nachdem es gelungen war, auch die liegenden Maschinen für höhere Umdrehungszahlen zu bauen, ging man fast allgemein zu deren Verwendung über. Besonders hat sich für diese Zwecke die Zweifachexpansionsmaschine mit hintereinander liegenden Zylindern (Tandemmaschine) bewährt. Für mittlere Anlagen mit 100—1000 PS. Leistung beherrscht die Tandemmaschine auch heute noch das Feld, hauptsächlich in den Fällen, wo außer der elektrischen Kraft auch noch Dampf für Heiz-, Koch- und Trockenzwecke gebraucht wird.

Der für Heizzwecke verwendete Dampf wird meist dem Aufnehmer (Receiver), d. h. dem Verbindungsrohr zwischen dem Hoch- und Niederdruckzylinder entnommen (Zwischendampfentnahme), während der übrige Dampf in der üblichen Weise dem Kondensator zufließt. Der Aufnehmerdampf (Receiverdampf) hat bereits den größten Teil der ihm innewohnenden Kraft abgegeben, er ist z. B. im Hochdruckzylinder von 15 Atm. Überdruck auf 2 Atm. Überdruck entspannt worden, aber er hat von seinem Wärmegehalt wenig eingebüßt. Darin, daß man nun diese Wärmemenge für andere Zwecke nutzbar macht, liegt die große Wirtschaftlichkeit der Zwischendampfentnahme (Abdampfverwertung)?)

In Färbereien, Zeugdruckereien, Braunkohlenbrikett- und chemischen Fabriken werden für Heizzwecke meist so große Mengen Dampf von geringer Spannung benötigt, daß der Abdampf der Kraftmaschinen kaum hierfür ausreicht. Dann ist es einfacher, nur Einzylindermaschinen (Einfachexpansion) ohne Kondensation aufzustellen, weil sich hierbei die Anlage- und Betriebskosten am günstigsten gestalten. 1 kg Dampf von 15 Atm. absoluter Spannung (---14 Atm. Überdruck) hat, wenn er von seiner Sättigungstemperatur = 197,24° C auf 265° 6 überhitzt ist, ungefähr einen Wärmegehalt von 700 Wärmeeinheiten (W.E.). Verläßt der Dampf den Zylinder der Dampfmaschine mit 2 Atm. absoluter

1) Vgl. Gehrke, Wirtschaftlichkeit der Kraftanlagen (ANuG Bd. 426).

Spannung, und ist er hierbei bis auf seine Sättigungstemperatur = 119,57° C abgekühlt, dann ist der Wärmegehalt von 1 kg Dampf auf 643 W. E. gesunken, d. b. 1 kg Dampf hat in der Maschine nur 700 — 643 --- 57 VV. E. verloren. Zur Erzeugung einer Kilowattstunde sind in einer derartigen Auspufsdampfmaschine etwa 14 kg Dampf erforderlich, d.h.es werden für eine Kilowattstunde 14-57 = 800 W.E. aufgewendet, während bei einer Zweifachexpansionsmaschine mit Kondensation, ohne anderweitige Verwendung des Abdampfes, für diese Leistung etwa 5000 W. E. benötigt werden. Will man die Verluste in der Kraftanlage berücksichtigen, dann sind die beiden Ziffern 800 und 5000 W. E. um 25% zu erhöhen = 1000 und 6250 W. E. Es ergibt sich daraus, daß eine gute Dampfmaschine nur etwa 16% der im Brennstoff enthaltenen Wärmemenge in mechanische Energie umsetzt.

Dampfturbine.^) Für größere Leistungen als 1000 PS werden zum Antrieb von Stromerzeugern meist Dampfturbinen benutzt, die in bezug auf die wirtschaftliche Ausnutzung des Dampfes den besten Dampfmaschinen ebenbürtig sind, aber in bezug auf Raumbedarf, Anlagekosten und Einfachheit des Betriebes erhebliche Vorteile bieten. Ein Nachteil der Dampfturbinen ist ihre hohe Umdrehungszahl. Bis zu Leistungen von 5000 PS machen sie meist 3000 Umdrehungen in der Minute, bei höheren Leistungen 1500 oder 1000. Drehstromgeneratoren lassen sich diesen hohen Umlaufsgeschwindigkeiten leicht anpassen— sie erhalten für 50 Perioden = 100 Polwechsel/Sek. 2, 4 und 6 Magnete —, aber die Gleichstromerzeuger bieten erhebliche Schwierigkeiten, weil die Stromabgeber bei diesen Umlaufzahlen zur Funkenbildung neigen. Auch die Dampfturbine gestattet eine Zwischendampfentnahme (Anzapfturbine). Der zum Heizen benötigte Dampf wird hinter der ersten Druckstufe entnommen, der übrige Dampf geht durch die Niederdruckstufen zum Oberflächenkondensator und wird hier durch das Kühlwasser niedergeschlagen. Da das Kondensat vollständig ölfrei ist, kann es ohne weiteres wieder zur Kesselspeisung benutzt werden. Die Dampfturbine kann auch ohne Kondensation arbeiten, vorausgesetzt, daß der gesamte Abdampf zuHeizzwecken verwendet werden kann (Gegendruckturbine). Bei gleicher Dampfmenge kann aber die Turbine nicht die gleiche mechanische Energie entwickeln wie die Einzylinder-Auspuffmaschine.

Gasmotor?) Im Gegensatz zu der Dampfmaschine, welche den gespannten Dampf fertig aus dem Dampfkessel erhält, saugt der Gasmotor nur das spannungsloje Gasgemisch an, welches dann im Zylinder entzündet und dadurch auf hohe Spannung gebracht wird. Der thermische Wirkungsgrad, d. h. bie Ausnutzung des Brennstoffes zur Kraftleistung, ist beim Gasmotor wesentlich günstiger als bei der Dampfmaschine. Diese benötigt, wenn der Abdampf nicht anderweit verwendet werden kann, 5000 Wärmeeinheiten oder, unter Berücksichtigung des Kesselverlustes, ettoa6250W E. zur Erzeugung einerKilowattstunde, während der Gasmotor ohne Gaserzeuger 3500 und mit Gaserzeuger 4500 W.E. für die gleiche Leistung erfordert.

Dashalb hatte man am Ende des vorigen Jahrhunderts und am Anfang dieses Jahrhunderts auf die weitere Entwicklung der Gasmotoren und auf ihre Verwendung zum Antrieb elektrischer Maschinen große Hoffnungen gesetzt. Diese sind leider nicht in Erfüllung gegangen. Man erkannte sehr bald, daß der günstige Brennstoffverbrauch nur bei voller Leistung des Gasmotors vorhanden war. Bei geringer Belastung stellte sich das Verhältnis zwischen Leistung und Brennstoffverbrauch als sehr ungünstig heraus. Ferner ergaben sich bei größeren Motoren — z. B. bei Leistungen über 300 PS — erhebliche Schwierigkeiten im Betriebe, verursacht durch die heftigen Explosionswirkungen der großen Gasmengen in den Zylindern, durch die häufig sich notwendig machende Reinigung der Zylinder von den Verbrennungsrückftänden und durch die beschwerliche Inbetriebsetzung, wenn das Gasgemisch sich nicht rechtzeitig entzündete. Aus diesen Gründen werden große Gasmotoren zum Antrieb von Stromerzeugern heute nur noch auf Hüttenwerken verwendet, wo die ungeheuren Mengen der Abgase von den Hochöfen und Kokereien unmittelbar zur Verfügung stehen. In diesen Betrieben ist der wirtschaftliche Gewinn aus der Verwendung der Gase so groß, daß man die erwähnten Übelstände mit in Kauf nimmt.

Dieselmotor?) Noch günstiger im Brennstoffverbrauch ist der von dem Ingenieur Diesel konstruierte und nach ihm benannte Dieselmotor. Als Brennstoffe für diesen Motor dienen: Gas-, Paraffin-und Steinkohlenteeröle. Der Brennstoff wird in fein verteiltem Zu-

Dieselmotoren, Wasserkrastmaschinen, Überlandzentralen

CD

stand dem Arbeitszylinder zugeführt und stößt hier auf so hoch zusammengepreßte Lust (zirka 50 Atm.), daß deren Temperatur zu seiner Entzündung genügt.

Der Wärmeverbrauch beträgt bei diesen Motoren nur 2800 bis 3000 W. E. für eine Kilowattstunde. Der außerordentlich günstige thermische Wirkungsgrad des Dieselmotors wird aber dadurch erheblich beeinträchtigt, daß das Heizmaterial wesentlich teurer ist als Kohle.

ItrZ Braunkohle hat 2600W.E.U.!. 0,5Pf., also lOooo Vf.E.----- 2,0Pf.') 1 „ Braunkohlenbrikett

1 „ Steinkohle 1 „ Steinkohlenteeröl 1 „ Gasöl

„ 4800 „ „ 7000 „

„ 9000 „

„10000 „

1.2 „ 2,1 ..

„ 10000 „ = 2,6 „ „ 10000 „ = 3,0 „

5    „    „    10000    „    = 5,5 „

„„12    „    „    10000    „    = 12,0 „

Danach kostet der Brennstoff für:

1 Kilowattstunde bei Dampfbetrieb¹ 2)    0,625 • 2,5 = 1,56 Pf.

„ Dieselmotorbetrieb (Teeröl) 0,29 • 5,5 — 1,595 „ „    „    (Gasöl) 0,29 . 12 = 3,48 „

Bei geringer Belastung nimmt der Brennstoffverbrauch des Dieselmotors für die wirklich erzeugte Leistung nicht wesentlich zu. Er ist also nach dieser Richtung weit günstiger als der Gasmotor, und da der Dieselmotor auch frei von sonstigen Übelständen im Betriebe ist) wird er heute in kleineren Kraftwerken — bis zu 1000 PS Leistung — sehr häufig als Antriebsmaschine für Stromerzeuger benutzt.

Wasserkraftmaschinen?) Stehen Wasserkräfte zur Verfügung, so sind Wasserturbinen die gegebenen Antriebsmaschinen für die Stromerzeuger. Auch auf diesem Gebiete haben sich Maschinen- und Elektrotechnik bemüht, für den unmittelbaren Zusammenbau geeignete Formen der mechanischen und elektrischen Maschinen zu schaffen. Mit Rücksicht auf die früher übliche Anordnung der Wasserturbinen mit stehender Welle sind zuerst die Dynamomaschinen dieser Bauart angepaßt worden, so weit nicht bei kleineren Leistungen der Antrieb mittels Kegelrädern erfolgen konnte. In neuerer Zeit werden die Wasserturbinen fast immer mit wagerechter Welle und für solche Umdrehungszahlen ausgeführt, daß die Stromerzeuger ohne weiteres angekuppelt werden können. Die Möglichkeit, durch den elektrischen Strom große Energiemengen ohne erhebliche Verluste auf 100 km und mehr Entfernung fortzuleiten, hat heute den Wert selbst entlegener Wasserkräfte erheblich erhöht.

Überlandzentralen. Unter Überlandzentralen versteht man die Gesamtheit aller derjenigen Einrichtungen, welche zur Versorgung großer Gebiete mit elektrischer Energie erforderlich sind:

a)    dieStromerzeugungsanlage (Kraftwerk, Zentrale,Primärstation);

b)    das Hochspannungsleitungsnetz mit 5000—100000 Volt Spannung;

c)    die Transformatoren- und Umformerstationen (Sekundärstationen, Unterwerke);

d)    das Niederspanuungsnetz mit 110,220, 380 und 440 Volt Spannung.

In Deutschland find die Überlandzentralen zunächst durch die Großfirmen der Elektrotechnik ins Leben gerufen worden. Später haben sich Genossenschaften und Gemeindeverbände zum Zwecke der Stromversorgung ihrer Mitglieder gebildet.

In vielen Fällen besitzen die Verbände keine eigene Stromerzeugungsanlage, sondern sie beziehen die elektrische Energie von einem für andere Zwecke errichteten Kraftwerk der Großindustrie, von einer günstig gelegenen Wasserkraftanlage oder von einem benachbarten Kohlenwerk.

Der Preis für die Kilowattstunde beträgt ab Kraftwerk, also hochspannungsseitig gemessen, 4 — 7 Pfennige, während im Kleinverkauf die Kilowattstunde für Kraftzwecke mit 15—30 Pfennigen, für Lichtzwecke mit 40—60 Pfennigen berechnet wird. Diese Preise beziehen sich auf die Zeit vor dem Kriege. Der große Preisunterschied zwischen Einkauf und Verkauf ist durch die erheblichen Unkosten (mittelbare Betriebsausgaben) für das zur Fortleitung und Verteilung der Energie erforderliche Kapital bedingt.

Stromerzeugungskosten.

Die Kosten für die Erzeugung des elektrischen Stromes setzen sich zusammen aus:

a) unmittelbaren Betriebsausgaben: Brennstoff, Putz- und Schmiermaterialien, Wasser, Chemikalien für Wasserreinigung, Gehälter und Löhne, Instandhaltung, Abgaben, Versicherungen usw.

b) mittelbaren Betriebsausgaben: Zinsen und Rücklagen für das zur Erzeugung des Stromes aufgewendete Kapital.

a) Unmittelbare Betriebsausgaben.

Brennstoff. Die vorstehend genannten Kosten für den Brennstoff-aufwand für 1 Kilowattstunde stellen die günstigsten Ziffern für die voll belastete Maschinenanlage dar. Tatsächlich sind die Maschinen meist ungünstig ausgenutzt, weil der Strombedarf der Abnehmer sehr schwankend ist; der Brennstoffaufwand ist deshalb erheblich größer, als in den oben angegebenen Zahlen angegeben ist.

Putz- und Schmiermaterial. Die Kosten für Putz- und Schmiermaterial sind von der Art und Größe der Kraftmaschinen abhängig. Sie sind verhältnismäßig hoch bei kleinen Dampfmaschinen und Dieselmotoren, und verhältnismäßig gering bei großen Dampfturbinen.

Instandhaltung. Die Kosten für Instandhaltung sind je nach der Güte der gesamten Anlage und uach der mehr oder minder sorgfältigen Betriebsführung verschieden. Man rechnet allgemein mit 1 % vom Wert der gesamten Anlagekosten.

b) Mittelbare Betriebsaus gaben.

Die Verzinsung der Anlagekosten einschließlich Grundstück richtet sich nach den Verhältnissen des Geldmarkes, sie beträgt etwa 4—6°/₀.

Tilgung. Vielfach muß das Kapital nach einer gewissen Zeit (z. B. Ablauf der Konzessionsdauer) getilgt sein. Die anteiligen Jahresbetrüge sind unter Berücksichtigung von Zinseszinsen auf die Vertragsdauer zu berechnen (0,5—2%).

Rücklagen. Die für Rücklagen am Ende jedes Betriebsjahres bestimmten Beträge hängen von der Lebensdauer der in Frage kommenden Maschinen ab. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Maschinen, Kessel usw. mitunter vorzeitig ersetzt werden müssen, weil sie zu klein oder zu unwirtschaftlich geworden sind. Man rechnet deshalb ungefähr für: Kraftmaschinen, Stromerzeuger usw. 6%, Schaltanlagen 10%, Akkumulatoren 12%, unterirdische Kabel 3%, oberirdische Leitungen je nach der Art der Leitungsträger 5—8%, Gebäude 3%.

Die mittelbaren Betriebsausgaben erhöhen die Erzeugungskosten einer Kilowattstunde ganz erheblick, wenn das Kraftwerk nur wenige Stunden im Jahr stark belastet ist, z. B. bei reiner Lichtversorgung, bei landwirtschaftlichen Betrieben usw. Sie fallen wenig ins Gewicht, wenn die Maschinen Tag und Nacht voll belastet arbeiten z. B. in chemischen Fabriken, Holzschleifereien, Berg- und Hüttenwerken.

Die ermittelten Beträge stellen die Selbstkosten der Kilowattstunde, gemessen am Schaltbrett des Kraftwerkes, dar. Für den Verkaufspreis sind aber noch eine Menge anderer Unkosten zu berücksichtigen» besonders wenn es sich um die Versorgung großer Gebiete und vieler Klein-äbnehmer handelt. An unmittelbarenKosten kommen hinzu: der Energieverlust in den Hoch- und Niederspannungsleitungen, Transformatoren, Umformern, Akkumulatoren und Zählern, die Gehälter und Löhne für die Überwachung und Instandhaltung der Leitungsnetze und der Unterwerke, für das Ablesen der Zähler, Ausschreiben der Rech' nungen usw. An mittelbaren Kosten: Verzinsung, Tilgung und Rücklagen für das zur Stromverteilung aufgewendete Kapital, das bei großen Überlandzentralen viel größer ist, als die Kosten des Kraftwerkes selbst.

Strom lieferungs beding un gen.

Die außerordentlich verschiedenen Verhältnisse, unter denen die elektrische Energie erzeugt und verwendet wird, verursachen die große Mannigfaltigkeit der Verkaufspreise und der Stromlieferungsbedingungen (Tarife). Die hauptsächlichsten Tarife sind:

Benutzungsdauertarif. Nachdem der Abnehmer die angeschlossenen Kilowatt (Anschlußwert) mehrere hundert Stunden im Jahr benutzt hat, erhält er entweder für die weiterhin noch benötigte Energie einen ganz erheblichen Nachlaß auf den Grundpreis, oder der Strompreis wird unmittelbar von der Benutzungsdauer des Anschlußwertes abhängig gemacht.

Grundgebiihrtaris. Für jedes angeschlossene Kilowatt zahlt der Abnehmer eine Grundgebühr als Deckung für alle mittelbaren Betriebsausgaben und erhält dann einen billigen Preis für die wirklich abgenommene Kilowattstunde.

Doppeltarif. Das Elektrizitätswerk hat eine Sperrzeit für.die Stunden der höchsten Belastung, meist hervorgerufen durch Stromabgabe für Beleuchtung, von Anbeginn der Dunkelheit bis 8 Uhr abends. Während der Sperrzeit kostet die Kilowattstunde das Doppelte und mehr des Preissatzes, der außer der Sperrzeit gilt. Der Zweck ist, das Kraftwerk und das Leitungsnetz während der Sperrzeit nach Möglichreit zu entlasten.

Der Grundgedanke aller dieser Tarife ist, daß der Abnehmer, welcher die Energie während mehrerer tausend Stunden im Jahr bezieht, einen billigeren Preis erhält als der, welcher den Strom nur wenige Stunden im Jahr gebraucht.

Anwendung des Elektromotors.

Bergbau. Der Bergmann war der erste, welcher sich die Dampfmaschine nutzbar machte. Ebenso hat er arch zuerst erkannt, daß die mit zunehmender Schachttiefe und Streckenlänge immer größer werdenden Schwierigkeiten des Abbaues am leichtesten durch elektrische Kraftübertragung überwunden werden.

Zunächst verwendete er den Elektromotor für kleine Wasser- und Streckenförderungen, indem er Kolbenpumpen, Ketten- und Seilbahnen mittels Riemen- und Zahnrädervorgelegen antrieb. Die hierbei erzielten guten Erfolge wirkten ermutigend. Die Kolbenpumpen wurden für immer größere Leistungen und höhere Umdrehungszahlen gebaut, so daß sie mit langsam laufenden Motoren unmittelbar gekuppelt werden konnten. Einen besonderen Aufschwung nahm die elektrisch betriebene Wasserförderung, als die Firma Gebrüder Sulzer in Winterthur und Ludwigshafen Ende vorigen Jahrhunderts Hochdruckzentrifugalpumpen baute, deren Förderhöhe weit über das bis dahin übliche Maß hinausging. Es wurden innerhalb weniger Jahre Wasserhaltungen geschaffen, deren Kraftbedarf 1000 PS und mehr betrug. Der geringe Raumbedarf der Zentrifugalpumpen, deren Umdrehungszahlen denen der Drehstrommotoren bequem angepaßt werden können, die geringen Anlagekosten, die stoßfreie Beförderung der Wassersäule, die bequeme Regulier-barkeit der zu fördernden Wassermenge ließen den einzigen Nachteil der Zentrifugalpumpen, ihren geringeren Wirkungsgrad gegenüber den Kolbenpumpen zurücktreten.

Auch als Abteufpumpe hat sich die Zentrifugalpumpe bestens bewährt. Als solche wird sie, ebenso wieder Elektromotor, mit senkrecht er Achse konstruiert: Motor und Pumpe werden übereinanderstehend in ein eisernes Gerüst eingebaut. Die Vorteile des Elektromotors: geringer Raumbedarf, geringes Gewicht im Verhältnis zur Leistung und sehr geringe Wärmeausstrahlung kommen bei dieser Anordnung ganz besonders zur Geltung.

Auch bei der Wetterführung hat sich der Elektromotor zum Antrieb der Ventilatoren bestens bewährt. Die bequeme Geschwindigkeitsregelung des Gleichstrommotors entspricht den Anforderungen dieses Betriebes in jeder Weise.

An den elektrischen Antrieb der Fördermaschinen ist der Bergmann aus leicht erklärlichen Gründen erst zu allerletzt gegangen; hängt doch von deren Betriebssicherheit der gesamte Bergwerksbetrieb und das Leben der Arbeiter unter Tage ab. Außerdem handelt es sich bei Hauptschachtfördermaschinen um so gewaltige Leistungen und Belastungsstöße, daß selbst große Kraftzentralen diesen Anforderungen nicht entsprechen könnten, wenn die Fördermaschine in der üblichen Weise von einem Gleichstrom- oder Drehstrommotor angetrieben würde.

Nur bei ganz großen Stromerzeugungsanlagen ist es möglich, Drehstrommotoren von mehr als 1000PS Leistung zum unmittelbaren Antrieb von Fördermaschinen zu verwenden. Zum Anlassen dient dann ein großer Flüssigkeitsanlasser, dessen Eintauchplatten feststehen, während die Flüssigkeit durch eine kleine Schleuderpumpe gehoben und gesenkt wird. Für den Betrieb von größeren Hauptschachtfördermaschinen wird meist ein besonderes System: „Leonardschaltung mitJlgnerschwungrad"

angewendet, dessen grundlegende Einzelheiten nachstehend beschrieben werden.

Voraussetzung ist, daß das Bergwerk über eine Drehstromkrastverteilungsanlage ver-^ fügt, von der aus die Fördermaschine 7 mit einem höchsten Kraftbedarf von 1000 PS betrieben werden soll, ohne - daß sich die entstehenden großen Kraft-schwankungen allzusehr im Leitungsnetz und auf die Stromerzeuger bemerkbar machen. Abb. 118 zeigt das Schaubild des Energiebedarfes und der Geschwindigkeit einer solchen Fördermaschine. Die ausgezogene Linie zeigt die Leistung des Motors, die gestrichelte die Geschwindigkeit des Förderseiles. Die wagrechten Teilstrecken geben die Zeit an, die senkrechten Abstände von der Nulllinie die Leistung in PS, bzw. die Geschwindigkeit in m/sek.

Während der ersten 24 Sekunden steigt der Kraftbedarf der Maschine von 0 auf 1000 PS und die Geschwindigkeit von 0 auf 20 m; damit ist der Beharrungspunkt erreicht. Während der nächsten

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12 Sekmlden arbeitet die Maschine mit der vollen Geschwindigkeit von 20 m, d. h. mit einem Kraftbedarf von nur 500 PS, weil die Beschleunigungsarbeit für die in Bewegung gesetzten Massen bereits geleistet ist. Nun wird der Strom abgestellt. Die Fördermaschine läuft allmählich aus, wozu etwa 24 Sekunden erforderlich sind. Die Förderschale braucht also einen Zeitraum von 60 Sekunden, um die ganze Förderstrecke zurückzulegen. Etwa 15 Sekunden Zeit sind erforderlich, um oben die vollen Wagen heraus- und die leeren hineinzuschieben. Unten im Schacht spielt sich in ebenfalls 15 Sekunden der Vorgang umgekehrt ab. Das ganze Förderspiel dauert also 60 + 15 = 75 Sekunden. Die Kraftleistung während dieser Zeit beträgt:

(1000 • f) + (500 • 12) = 18000 PS/sek.

Könnte man diese Leistung gleichmäßig und verlustfrei auf die 75 Sekunden übertragen, so würde sich der durchschnittliche Kraftbe-18 OOP PS/866 75 sek

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also auf den vierten Teil der wirklich geforderten Höchstleistung von 1000 PS ermäßigen. Ein derartiger Belastungsausgleich ist ohne Energieverlust nicht zu erreichen. Aber die durch den Ausgleich erzielten Vorteile sind so groß, daß man den Nachteil des erheblichen Verlustes und des großen Kapitalaufwandes trotzdem in den Kauf nimmt.

Abb. 119.

In Abb. 119 bedeutet AM den Drehstrommotor (Anlaßmotor), der aus dem allgemeinen Drehstromleitungsnetz seinen Strom erhält; seine Leistung beträgt etwa 350 bis 400 PS. Er ist unmittelbar mit einer Gleichstromdynamo (Anlaßdynamo), AD, und mit einem Schwungrad, JSchw, gekuppelt. Die Dynamo kann kurzzeitig den Strom für 1000 PS Motorleistung erzeugen. Das Schwungrad, welches den Kraftausgleich bewirken soll, hat ein Gewicht von 15000 kg und einen Durchmesser von 3,75 m. Seine Umfangsgeschwindigkeit beträgt bei 500 Umdrehungen in der Minute etwa 90 m/sek ----- 324 km/st., also das Vierfache

der Schnellzugsgeschwindigkeit. Das Arbeitsvermögen beträgt über 3000000 kgm.

Die Erregung der Anlaßdynamo und des Fördermotors erfolgt aus einem vorhandenen Gleichstromnetz oder durch eine unmittelbar mit dem Umformer gekuppelte Erregermaschine. In den Stromkreis der Feldwicklung der Anlaßdynamo ist ein großer Regulierwiderstand BW mit Umschalter für den Wechsel der Srromrichtung eingeschaltet. Mit dem Anlasser für den Drehstrommotor ist ein Schlupfwiderstand ScMW verbunden, der dauernd in dem Rotorstromkreis eingeschaltet bleibt. Dieser Widerstand bewirkt, daß die Umdrehungszahl des Motors bei steigender Belastung, d. h. zunehmender Stromstärke im Rotorstromkreis sinkt und bei abnehmender Belastung steigt.

Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

Zunächst wird der Drehstrommotor angelassen und das Schwungrad langsam in Bewegung gesetzt, bis es seine volle Geschwindigkeit erreicht hat. Der zehnpolige Drehstrommotor hat bei 50 Perioden in der Sekunde eine Leerlauf-lSynchron-)umdrehungszahl von 500 in der Minute. Infolge des Schlupfwiderstandes wird die höchste Umdrehungszahl etwa 490 in der Minute sein. Die Erregung des Fördermotors und die der Anlaßdynamo wird vermittels der Regulierwiderstände eingeschaltet.

Die Umdrehungszahl des Gleichstromfördermotors ist abhängig von der ihm zugeführten Spannung, d. h. von der Feldstärke der Anlaßdynamo. Wird der Regulierwiderstand allmählich ausgeschaltet, etwa in 20 Sekunden, dann hat auch der Fördermotor, dessen Umdrehungszahl der Fördermaschine angepaßt sein muß, seine volle Geschwindigkeit erreicht. Beträgt der Seilscheibendurchmesser 5 m, dann ist die höchste Umdrehungszahl 75 in der Minute, entsprechend 20 m Seilgeschwindigkeit. Nun aber nimmt der Fördermotor viel mehr Energie, bis 1000 PS, auf als der Anlaßmotor mit 350—400 PS Leistung erzeugen kann. Die Folge davon ist, daß die Umdrehungszahl des Anlaßmotors infolge des Schlupfwiderstandes sinkt, unddaßnunmehrdasimSchwung-rad aufgespeicherte Arbeitsvermögen zur Wirkung kommt. In gleicher Weise, wie sich seine Geschwindigkeit vermindert, gibt das Schwungrad Energie an die Gleichstrommaschine ab, „es entladet sich". Wird die Gleichstromanlaßdynamo ausgeschaltet, wobei nur der Magnetstromkreis unterbrochen wird, dann nimmt der Drehstrommotor infolge der geringeren Leistung eine höhere Geschwindigkeit an, ebensodasSchwung-

rad; es nimmt wieder Energie auf, „es wird geladen". Die Änderung in den Umdrehungszahlen wird sich etwa in den Grenzen von 480 bis 490 bewegen.

Dieses Spiel wiederholt sich mit jedem Förderzug, also in Zeiträumen von je 75 Sekunden. Durch entsprechende Einstellung des Schlupfwiderstandes kann man es erreichen, daß die Stromaufnahme des Drehstrommotors aus dem allgemeinen Krastverteilungsnetz nur geringe Schwankungen aufweist. Statt der vorhin berechneten theoretischen Leistung von 210 PS wird der Drehstrommotor etwa 330 bis 370 PS zu erzeugen haben, um die durch Umformung der Energie entstehenden Verluste zu decken. Durch die gleichmäßige Stromaufnahme des Drehstrommotors wird der Betrieb der Maschinen in der Kraftzentrale wirtschaftlicher gestaltet, und die Umformerverluste werden damit ausgeglichen. Das Arbeitsvermögen des Schwungrades ist so groß, daß es bei Beendigung der Schicht die letzten zwei Förderzüge allein leisten kann, allerdings ermäßigt sich dann die Fördergeschwindigkeit. Will man zur Prüfung des Schachtinneren mit nur ganz geringer Geschwindigkeit, etwa 2 m/sek, fahren, so wird die Anlaßdynamo nur bis zu Vio ihrer vollen Feldstärke erregt. Tatsächlich kann man den Fördermotor mit jeder gewünschten Geschwindigkeit arbeiten lassen; er behält sie, unabhängig von der Belastung, bei. Für Fahrten mit ganz geringer Geschwindigkeit wird der Umformer meist ohne Schwungrad benutzt; deshalb muß es durch die Kupplung K leicht von dem Umformer getrennt werden können (Abb. 120 Umformer mit Jlgnerschwungrad, Abb. 121 die Fördermaschine).

In schlagwettergefährlichen Gruben müssen die elektrischen Einrichtungen mit ganz besonderer Vorsicht ausgeführt werden. Die Behörden verlangen für die Motoren und Apparate eine Bauart, welche verhindert, daß die im Betriebe auftretenden Funken eine Entzündung der schlagenden Wetter herbeiführen. Bei den Schalt- und Sicherungsapparaten läßt sich diese Forderung verhältnismäßig leicht dadurch erfüllen, daß dieKontakte unter Öl angeordnet werden, so daß die beim Ausschalten und Schmelzen von Sicherungsstreifen entstehenden Lichtbogen unter Luftabschluß verlöschen. Die gußeisernen Kasten sind so stark gebaut, daß sie einem erheblichen Gasdruck Widerstand leisten. In besonderen Fällen wird zum Ausgleich desGasdruckes ein Sicherheitsventil eingebaut.

Kleinere Motoren können ebenfalls dadurch schlagwettersicher ausgeführt werden, daß man sie vollständig einkapselt. Bei größeren Mo-

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Abb. 120. Jlgnerumformer.

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Abb. 121. Elektrische Fördermaschine.

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Loren bietet diese Bauart wegen der mangelnden Wärmeabfuhr Schwierigkeiten. Sie werden deshalb in ein starkes gußeisernes Gehäuse mit sog. Plattenschutz eingebaut, das den gleichen Zweck hat wie der Gazeschutz an der Davyschen Sicherheitslampe. Die ringförmigen Platten sind mit % mm Abstand aneinandergereiht. Sie lassen sowohl die warme Luft, die sich im Motorgehäuse bildet, als auch etwaige Explosionsgase durchstreichen, kühlen letztere aber so weit ab, daß sie schlagende Wetter nicht mehr entzünden können.

Hüttenwesen. Der mit dem Bergbau eng verbundene Hüttenbetrieb hat sich den Elektromotor ebenfalls nutzbar gemacht. Die Beförderung der Erze vom Schacht zur Hütte, zur Aufbereitung und zum Gichtboden des Hochofens, die Weiterbeförderung des Roheisens zu den Gießereien und Walzwerken sind heute ohne elektrisch betriebene Bahnen, Aufzüge, Krane nicht mehr denkbar. Die Anpassungsfähigkeit des Elektromotors hat die ungeheure Entwicklung dieser Großindustrie wesentlich gefördert.

Die Walzenstraßen werden mit Elektromotoren betrieben, die zum Teil ebenso arbeiten wie die vorerwähnten Fördermotoren. Die fertigen Erzeugnisse des Walzwerkes werden von Kranen, die mit großen Elektromagneten von einer Tragkraft bis zu 5000 kg ausgerüstet sind, angehoben und zur Lagerstätte oder zur Verladestelle gebracht, kurz, es gibt im Hüttenwesen kaum einen Arbeitsvorgang, bei dem nicht der Elektromotor verwendet wird.

Maschinenfabriken und Eisengießereien. In die unzähligen Betriebe der Verarbeitung des Eisens und der Metalle hat der Elektromotor gleichfalls Eingang gefunden, besonders deshalb, weil er die ganze Kraftversorgung von einer Stelle aus ermöglicht und damit die schwierigen und kraftverzehrenden, großen Riemen- und Seilübertragungen beseitigt. Es können sowohl kleine Gruppen zusammengehöriger Arbeitsmaschinen, als auch große Werkzeugmaschinen durch einzelne Motoren angetrieben werden. Steht Gleichstrom zur Verfügung, so kann infolge der leichten Geschwindigkeitsregelung die Leistungsfähigkeit der Arbeitsmaschinen mit Einzelantrieb ganz außerordentlich gesteigert werden. Große Hobelmaschinen erhalten vielfach Einzelantrieb durch Gleichstrommotoren, deren Umdrehungszahl durch Feldregulierung in weiten Grenzen veränderlich ist, zum Teil auch durch Anwendung der Leonardschaltung. Einzelne große Drehbänke können, wenn sie z. B. schwere Schwungräder oder Seilscheiben zu bearbeiten haben, unabhängig von dem übrigen Betriebe, auch während der Nacht durchlaufen. Wenn eilige Re-

paraturarbeiten große Beschleunigung der Arbeit fordern, kommt dieser Vorteil besonders zur Geltung. Wenn es sich um das Bohren kleiner Löcher handelt, so fällt der Transport schwerer Werkstücke weg, weil sich die kleinen elektrischen Bohrmaschinen leicht bewegen lassen.

Die Leistungsfähigkeit der Laufkrane, die bei größeren Abmessungen mit drei Motoren, einem für das Heben der Last, einem für die Seitenbewegung der Laufwinde und einem für die Längsbewegung des ganzen Kranes ausgerüstet werden, ist durch den elektrischen Antrieb außerordentlich erhöht worden. Die Abb. 122 läßt den Aufbau einer derartigen Motorlaufwinde von der Firma Gebr. Bolzani in Berlin erkennen. Abb. 123 zeigt eine Aufzugwinde für Personen- und Lastenaufzüge der Firma Scheiter und Giesecke, Leipzig-Plagwitz.

Für Maschinenfabriken hat der Elektromotor noch den Vorteil, daß er es ermöglicht, den Kraftbedarf der einzelnen Arbeitsmaschinen genau festzustellen. Es werden heute sehr scharfe Bedingungen in bezug auf Leistung und Wirkungsgrad gestellt. Für eine Maschinenfabrik, welche Schleuder-(Zentrifugal-)pumpen, Kompressoren, Ventilatoren und ähnliche Maschinen baut, ist es deshalb unbedingt erforderlich, über einen gut eingerichteten Prüfstand zu verfügen. Da man die von dem Elektromotor verbrauchte Energie bequem und genau messen kann, ist es ein Leichtes, jede Maschine vordem VersandaufLeistungsfähigkeitund Kraftbedarf zu prüfen und etwaige Mängel zu beseitigen. Derartige Prüfungen schützen nicht nur vor unliebsamen Auseinandersetzungen mit dem Besteller, sie klären auch das Urteil über den Wert dieser oder jener Bauart und über die Werkstattarbeit.

Textilindustrie?) Moderne Spinnereien und Webereien sind meist zusammenhängend gebaut, sodaß die Kraftversorgung durch Wellen, Riemen und Seile keine Schwierigkeiten bietet. Der räumliche Zusammenhang fehlt aber häufig bei älteren Fabriken, die nach und nach erweitert worden sind. Hier ist eine zweckmäßige Kraftversorgung nur durch elektrische Übertragung möglich. Aber auch bei Neuanlagen gibt man der elektrischen Kraftübertragung trotz höherer Anlagekosten den Vorzug, weil sie die größte Unabhängigkeit in der Ausgestaltung der Einrichtungen bei späteren Erweiterungen bietet.

Der Einzelantrieb von Spinnmaschinen mit hin- und her gehenden Wagen (Selfaktoren) hat sich allerdings bisher wegen des stark schwan-

1) Vgl. M. Lehmann, Die Spinnerei (ANuG 93b. 338), und Paur, Die Weberei (ANuG Bd. 468).

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Motorlanfwinde eines Laufkranes von Gebr. Bolzani, Berlin.

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kenden Kraftbedarfes noch nicht mit Vorteil durchführen lassen, dagegen werden Ringspinnmaschinen vielfach durch Einzelmotoren angetrieben. Die Leistungen der Maschinen und die Güte des Gespinstes sind dadurch wesentlich verbessert worden.

Das gleiche gilt vom Einzelantrieb in den Webereien, die. bessere z. B. seidene Stoffe Herstellen. Die Elektrotechnik hat besondere Webstuhlmotoren, von V₃ PS Leistung an, geschaffen, die sich in Bauart und Wirkungsweise den Arbeitsbedingungen des Webstuhles bestens anpassen. Tausende von solchen Webstuhlmotoren sind bereits im Betrieb.

In Färbereien ist der Kraftbedarf im allgemeinen gering: die Arbeitsmaschinen stehen weit voneinander entfernt. Deshalb findet häufig der Einzelantrieb Verwendung, um so mehr, als die Zentrifugen (Schleudern) mit ihren hohen Umdrehungszahlen sich dem elektrischen Antrieb sehr gut anpassen.

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In Zeugdrucker eien (Kattunfabriken) handelt es sich zum Antrieb der Druckmaschinen wieder um Motoren, deren Umdrehungszahlen in weiten Grenzen regulierbar sein müssen. Die Leistung der einzelnen Motoren ist meist nicht sehr hoch, 10—20 PS, und die Aufstellung von Umformern mitLeonard-schaltung für jeden einzelnen Motor würde einen zu großen Kapitalaufwand erfordern. Man hat deshalb zur Spannungsteilung eine Einrichtung getroffen, die durch Abb. 124 veranschaulicht wird.

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Abb. 124.

In einer Gleichstromkraftleitung von 450 Volt Spannung ist ein Umformer eingeschaltet, der aus je zwei Motoren mit je zwei Ankerwick- <~ lungen besteht. Die letzteren sind so bemessen, daß sie 75 + 75 und 150 + 150 Volt, zusammen 450 Volt Spannung aufnehmen oder erzeugen können. Sie arbeiten also je nach der Belastung teils stromaufnehmend teils stromerzeugend, wie beim Dreileitersystem (@.68, Abb. 70).

Die Magnetwicklungen des Umformers (in der Zeichnung nicht enthalten) und des Motors werden dauernd mit 450 Volt erregt. In der Zuleitung zur Ankerwicklung des Motors M liegt ein zweipoliger,

sechsfacher Umschalter, dessen Kontakte mit den einzelnen Bürsten von a bis e verbunden sind. Angenommen, die höchste Drehzahl des Motors beträgt 1200 in der Minute, so ergeben sich je nach der Stellung der Umschalthebel folgende Spannungen und Umdrehungszahlen:

Stellung der Hebel I und II:

Spannung am Motor:

Umdrehungszahlen in der Minute:

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Der Motor arbeitet also je nach Bedarf mit sechs verschiedenen Geschwindigkeiten.

Papierindustrie. In ganz besonderer Weise haben sich die Papierfabriken die Vorteile der elektrischen Kraftverteilung zunutze gemacht, und wieder ist es die Geschwindigkeitsregelung der Gleichstrommotoren, die sich den besonderen Anforderungen des Betriebes von Papiermaschinen, Kalandern, Roll- und Umrollmaschinen, Streichapparaten usw. vorzüglich anpaßt.

Der für den Antrieb des veränderlichen Teiles der Papiermaschine unbedingt erforderliche Gleichstrom muß in vielen Fällen durch Umformung hergestellt werden, weil die großen Kräfte der oft mit Papierfabriken verbundenen Holzschleifereien die Verwendung von Drehstrom erfordern. Für die Erzeugung so großer Leistungen (1500 bis 5000 Kw) kommen heute meist nur Dampfturbinen in Frage. Der Drehstromgenerator paßt sich den hohen Umdrehungszahlen der Dampfturbine (3000 in der Minute) viel besser an, als der Gleichstromgenerator, dessen Stromabgeber bei dieser Geschwindigkeit leicht zur Funkenbildung neigt. Ebenso ist der große Drehstrommotor von 1000—1500 PS zum Antrieb der Holzschleifer besser geeignet als der Gleichstrommotor. Endlich ist der Drehstrom aus dem Grunde zweckmäßig, weil es sich vielfach um Ausnutzung entfernt liegender Wasserkräfte handelt.

Der Antrieb der Papiermaschine erfolgt durch zwei Motoren, von denen der erstere mit gleichbleibender Geschwindigkeit die Rührbütten, Knotenfänger, Stoffpumpen usw. antreibt (konstanter Teil). An den

zweiten Motor, den Hauptmotor, werden in bezug auf seine Geschwindigkeitsregelung sehr hohe Anforderungen gestellt, wenn er zum Antrieb großer, neuzeitlich eingerichteter Papiermaschinen dienen soll. Die Geschwindigkeit des Motors muß in weiten Grenzen veränderlich sein, die Regelung muß sehr feinstufig erfolgen, und die einmal eingestellte Geschwindigkeit muß auf etwa l7s% genau eingehalten werden (variabler Teil der Papiermaschine).

Der Regelungsbereich ist von der Art der Papiererzeugung abhängig. Soll auf einer Papiermaschine ausschließlich Zeitungspapier hergestellt werden, so genügt eine Regelung von 1 : 4, vielleicht auch 1 : 6. Soll aber dieselbe Maschine nach Bedarf ganz dünnes Papier oder dicken Karton herstellen, dann muß die Geschwindigkeit des Motors in den Grenzen von 1:10 und darüber geändert werden können. Eine so weit gehende Regelung läßt sich nur durch die Leonardschaltung erreichen (@. 103). Mitunter muß sogar noch eine Feldregelung des Motors zu Hilfe genommen werden, weil bei schwacher Erregung der Anlaßdynamo die gleichbleibende Geschwindigkeit des Motors infolge der dann verhältnismäßig großen Ankerrückwirkung nur schwer zu erzielen ist.

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Abb. 125.

Wenn die gesamte Kraftverteilung in einer Papierfabrik ohnehin mit 225 Volt Gleichstrom erfolgt, dann gibt es noch eine andere Möglichkeit, dem Papiermaschinenmotor in weiten Grenzen veränderliche Spannung zuzuführen, und zwar so, daß die Anlaßdynamo nur die . halbe Leistung des Motors zu haben braucht. Man nennt diese Anordnung Zu- und Gegenschaltung (Abb. 125). Der Papiermaschinenmotor PM ist für eine höchste Spannung von 450 Volt gebaut, die Anlaßdynamo AD dagegen nur für 225 Volt; es würde sogar genügen, wenn sie nur 150 bis 200 Volt erzeugte. Wird die Anlaßdynamo so erregt, daß ihr + Pol mit dem — Pol des Leitungsnetzes verbunden ist, dann wirkt ihre Spannung erhöhend zu der des Netzes, also 225 +- 0 bis 225 = 225 bis 450 Volt. Wird die Stromrichtung der Erregung durch den Umschalter U gewechselt, dann ist der — Pol der Anlaßdynamo mit dem — Pol des Netzes verbunden, und die von der Dynamo erzeugte Spannung wirkt mindernd,

ANuG 424: Kühn, Elektrische Kraftübertragung. 2. Aufl.

also 225 - 0 bis 225 --- 225 bis 0 Volt, d. h. dem Motor kann beliebige Spannung von 0 bis 450 Volt zugeführt werden.

Bei geringem Regelungsbereich, 1:4 oder 1:6, begnügt man sich mit der Feldregelung des Motors unter Zuhilfenahme von leicht auswechselbaren Riemscheiben, deren Durchmesser verschieden groß ist. Das Wellenende des Motors wird schwach konisch gestaltet und mit einer Verschraubung versehen, um die Auswechselung der Riemscheiben zu erleichtern.

Der Antrieb der Maschinen zum Glätten des Papiers (Kalander), stellt in bezug auf Regelung der Umdrehungszahlen während des eigentlichen Betriebes keine hohen Anforderungen; es genügt meist eine Änderung der Geschwindigkeit von 1 : 2 oder 1:3. Aber für die Einführung des Papieres muß die Geschwindigkeit der Walzen erheblich verringert werden, etwa auf 8—12 m in der Minute, während die höchste Arbeitsgeschwindigkeit bis zu 120 m in der Minute beträgt. Da die Anwendung eines Leonardumformers zu teuer werden würde, behilft man sich meist damit, daß man während der Einführung, etwa eine Minute lang, Widerstand in die Ankerleitung schaltet, weil der Energieverlust für diese kurze Zeit keine Rolle spielt. Ist außer der 500-Volt-Kraftleitung noch eine 110-Volt-Lichtleitung vorhanden, so legt man den Anker des Kalandermotors für die Dauer der Einführung des Papieres an diese geringere Spannung und erreicht dadurch ohne weiteres dieHerabsetzung der Umdrehungszahlen auf V₅. Nimmt man außerdem die Feldregelung des Motors zur Hilfe, so kann man die Geschwindigkeit bis auf 7₁₀, ja yi5 der Höchstgeschwindigkeit verringern.

Für die übrigen Maschinen der Papierfabrik: Roller, Umroller, Streiachpparate usw., genügt eine Regelung von 1 : 2 bis 1 : 4.

Graphische Industrie?) Auch in den Buch-, Stein- und Zeitungsdruckereien hat der elektrische Antrieb jede andere Antriebsart verdrängt. Die hier in Frage kommenden Kräfte sind gering, aber die Maschinen arbeiten alle mit großen Unterbrechungen, weil die Zurichtung der Druckplatten viel Zeit in Anspruch nimmt. Die Druckmaschinen verlangen eine erhebliche Geschwindigkeitsregelung, außerdem stellen sie hohe Anforde rungen an gute Beleuchtung. Das sind alles Bedingungen, welche die Anwendung des Elektromotors empfehlen, zumal auch die Beleuchtung durch den Wegfall der Transmissionen bedeutend gebessert wird.

1) Vgl. A. W. Unger, Wie ein Buch entsteht (ANuG Bd. 176).

Straßenbahnen?) Der Verkehr in den großen und mittleren Städten hat durch den elektrischen Betrieb der Straßenbahnen eine solche Zunahme erfahren, daß er mit Pferden überhaupt nicht mehr zu bewältigen wäre. Der elektrische Betrieb bietet in bezug auf Leistungsfähigkeit, Sauberkeit und Billigkeit derartige Vorteile, daß man den einzigen Nachteil, die Verunzierung des Straßenbildes durch die oberirdische Leitungsführung, ohne weiteres in Kauf nimmt. Dieser Nachteil wäre nur durch unterirdische Stromzuführung oder durch Verwendung von Akkumulatoren zum Betrieb von Straßenbahnwagen zu beseitigen gewesen; leider haben sich beide Einrichtungen nicht bewährt.

Die erste elektrische Bahn wurde im Jahre 1879 von der Firma Siemens & Halske gelegentlich der Gewerbeausstellnng in Berlin vorgeführt. An sich ist die Aufgabe, ein Fahrzeug elektrisch zu betreiben, sehr einfach. Nur die Zuführung des Stromes zum Elektromotor und die Übertragung der Motorleistung auf die Laufräder des Wagens bieten Schwierigkeiten, erstere, weil der Motor sich dauernd fortbewegt, letztere, weil der Motor wesentlich höhere Umdrehungszahlen hat als die Laufräder, und weil der für die Übertragung zur Verfügung stehende Raum beschränkt ist.

Zunächst lag der Gedanke nahe, die Schienen zur Fortleitung des Stromes zu benutzen. Bald mußte man erkennen, daß eine ausreichende Isolierung der Schienen wegen der    A

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Abb. 126.

Stromerzeuger und Motor bedingten hohen Spannungen nicht möglich ist. Man bildete deshalb das System der oberirdischen Leitungsführung aus wie es jetzt allgemein üblich ist (Abb. 126).

Der eine Pol des Stromerzeugers ist mit dem isoliert aufgehängten Arbeitsdraht (Fahrdraht, Trolleydraht), der andere mit den Schienengeleisen der Straßenbahn verbunden. Auf der Decke des Straßenbahnwagens ist ein leichtes Stahlrohr befestigt, das oben eine Kontaktrolle

l) Vgl. E. Biedermann, Eisenbahnwesen (ANuG Bd. 144), und % Lieb mann, Die Klein- und Straßenbahnen (ANuG Bd. 322).

trägt, und das durch eine ebenfalls auf der Wagendecke befestigte Feder gegen den Fahrdraht gedrückt wird. Der Strom fließt von der Dynamo durch den Fahrdraht, durch die Kontaktrolle und die Verbindungsleitung zum Motor und von diesem durch die Schienen zurück zur Dynamo. Für den Betrieb kommen alle Stromarten zur Verwendung:

G l e i ch stro m. Bei nicht zu großer Ausdehnung des Verkehrsgebietes wird für den Betrieb von Straßenbahnen fast ausschließlich Gleichstrom mit einer Spannung von 500—650 Volt verwendet. Hat die Bahn einen eigenen Bahnkörper, so geht man mit der Spannung wohl bis auf 1000 Volt. Die Verwendung von Gleichstrom bietet folgende Vorteile:

1.    für die Stromzuführung genügt eine gegen Erde isolierte Leitung; dadurch wird die betriebssichere Herstellung der Leitungsanlage und die Ausbildung der Weichen und Kreuzungen wesentlich erleichtert,

2.    der Gleichstrommotor mit Hauptstromwlcklung paßt sich den Anforderungen des Straßenbahnbetriebes vorzüglich an. Beim Anfahren entwickelt er eine sehr große Zugkraft, welche notwendig ist, um den Wagen aus dem Ruhestand in Bewegung zu bringen. Der Hauptstrommotor ist nicht nur sehr leicht regelbar, er ändert sogar seine Geschwindigkeit selbsttätig, je nach der Belastung des Wagens oder nach der Steigung der Strecke, so daß seine Energieaufnahme annähernd gleich bleibt. Seine Zugkraft ist nur abhängig von der Stromstärke, nicht von der

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Spannung, was besonders an den Enden der Strecken von Bedeutung ist.

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Abb. 127.

Der Gleichstrommotor mit Nebenschlußwicklung kommt nur bei Bergbahnen zur Verwendung, weil er bei der Talfahrt elektrische Energie in das Leitungsnetz zurückgeben kann.

Der einzige Nachteil des Gleichstromes ist der, daß sich die Motoren nur für eine Spannung von etwa 1000 Volt bauen lassen; hierdurch wird besonders bei großen Entfernungen ein erheblicher Aufwand an Leitungsmaterial bedingt. Durch Anwendung des Dreileitersystems (Abb. 127) hat man zwar bte Leitungsspannung auf 2000 Volt gesteigert, aber für Fernbahnen reicht auch diese nicht aus. Um bei der Anwendung des Dreileitersystems die Schwierigkeiten der doppelten Fahrdrahtleitung zu umgehen, hat man an einzelnen Stellen das Fahrdrahtnetz in zwei Gruppen geteilt. In der einen liegt der Fahrdraht am + Pol,

Straßenbahnen

in der anderen am — Pol, die Schienengeleise bilden den gemeinsamen Mittelleiter.

Bei größeren Entfernungen ist man zur Verwendung von Einphaseu-und Dreiphasenwechselstrom gezwungen.

Drehstrom (Dreiphasenwechselstrom). Wegen der Ausgestaltung der oberirdischen Leilungsanlage und auch wegen der Eigenschaften der Motoren eignet sich der Drehstrom wenig für den Betrieb von Straßenbahnen. Es müssen zwei isolierte Leitungen verlegt werden, wobei sowohl die hohe Spannung als auch die Ausbildung der Weichen und Kreuzungspunkte erhebliche Schwierigkeiten bieten.

Die Drehstrommotoren nehmen beim Anlauf sehr große Euergie-mengen auf, und da ihre Zugkraft im Verhältnis des Quadrates des Spannungsabfalles sinkt, muß für reichliche Bemessung der Leitungsquerschnitte Sorge getragen werden. Bei Wagen, die mit mehreren Motoren ausgerüstet werden müssen, macht auch die gleichmäßige Vertei lung der Leistung Schwierigkeiten. Bei ungleichem Triebraddurchmesser wird der eine Motor leicht überlastet, während der andere leer läuft.

Einphasiger Wechselstrom wird in neuerer Zeit für Fern- und Vollbahnen fast ausschließlich verwendet. Er hat den Vorteil der hohen Spannung und eines einzigen Fahrdrahtes, außerdem nähern sich die einphasigen Kollektormotoren in ihrem Verhalten mehr den Gleichstrommotoren mit Hauptstromwicklung. Die Einphasenmotoren können auch streckenweise mit Gleichstrom betrieben werden. Da die Einphasenkollektormotoren in bezug auf die Funkenbildung am Stromabgeber besser mit Wechselstrom von geringer Periodenzahl betrieben werden, ist für diese Anlagen meist 25 in der Sekunde gebräuchlich.

Bei Gleichstrombetrieb wird der Strom meistens unmittelbar verteilt, d.h.den Motoren so zugeführt, wie er im Kraftwerk erzeugt wird. Bei langen Speiseleitungen werden Fernleitungsdynamos eingeschaltet, welche den Spannungsverlust, der im Verhältnis der Belastung steigt und fällt, selbsttätig ausgleichen (vgl. Seite 69 f). Bei Anlagen für große Verkehrsgebiete, z.B. Berlin, Leipzig, München usw., geschieht die Fernübertragung vermittels Drehstrom (10000 Volt), der dann in mehreren Unterwerken durch Einankerumformer oder Motorgeneratoren auf die gebräuchliche Gleichstromspannung umgeformt wird.

Bei Drehstrom- und Wechselstrombetrieb findet eine mittelbare Stromverteilung statt. Die Fernleitung wird mit sehr hoher Spannung betrieben (z. B. Leipzig — Halle — Magdeburg mit 60 000Volt), die dann

durch Transformatoren auf die für die Fahrleitung zweckmäßige Spannung: 3000—6000 Volt fürNebenbahnen und 10000 bis 20000Volt für Vollbahnen, herabgesetzt wird.

Mit Rücksicht auf die durch das Anfahren der Wagen hervorgerufenen großen Belastungsschwankungen werden die Stromerzeugungs- oder Umformungsanlagen für Gleichstrombetrieb vielfach mit Akkumulatorenbatterien ausgerüstet, die man als Pufferbatterien bezeichnet. Sie sind dazu bestimmt, den Strom für die plötzlich auftretende Mehrbelastung herzugeben, im umgekehrten Fall aber die überschießende Energie der Stromerzeuger aufzunehmen, also eine gleichmäßige Belastung der Maschinen und damit einen wirtschaftlichen Betrieb zu ermöglichen.

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Die Pufferwirkung der Batterie wird erhöht durch die Hinzufügung einer selbsttätig wirkenden Zusatzmaschine, nach ihrem Erfinder „Pirani-maschine" genannt. Die Piranimaschine wird mit der Batterie in Reihe, d. h. hintereinandergeschaltet Die Erregung wird von der Hauptleitung aus so beeinflußt, daß die Spannung bei wachsender Belastung steigt, bei sinkender Belastung fällt. In gleichem Maße wird die Batterie zur Stromlieferung herangezogen. Das Vorhandensein der Batterien bietet ferner den Vorteil, daß der geringe Strombedarf in den frühen Morgen-und in den späten Abendstunden von ihnen allein gedeckt, der Maschinenbetrieb also verkürzt werden kann.

Stromzuführung. Die Oberleitung, der Fahrdraht, besteht meistens aus hartgezogenem Kupferdraht von 50—100 qmm Querschnitt. Für die dünneren Drähte wird meist der runde, für die stärkeren meist ^ der 8 förmige Querschnitt verwendet, der eine bessere Klemmbefestigung gestattet (Abb. 128).

Abb. 129.

Abb. 128.

muß der Abstand etwas verringert werden, besonders dann, wenn die Stromabnahme eine möglichst genaue Lage des Fahrdrahtes über Gleis-mitte erfordert.

Werden für die Stromabnahme Bügel aus Weichmetall verwendet, so kann der Fahrdraht etwas mehr von der Gleismitte abweichen. In geraden Strecken wird er sogar etwas zickzackförmig gelegt, um eine gleichmäßige Abnutzung des Bügels zu erzielen. Ter Bügel hat aber den Nachteil, daß er eine größere Abnutzung des Fahrdrahtes verursacht (Abb. 129).

Der Abstand der Unterstützungspunkte beträgt in geraden Strecken etwa 30—40 m. In den Kurven

Nur bei ganz kleinen Bahnanlagen genügt der Fahrdraht allein für die Stromzuführung. Meistens müssen noch Speiseleitungen angeordnet werden, die teils unterirdisch, teils oberirdisch verlegt sind. In Abständen von einigen hundert Metern werden die Speiseleitungen mit den Fahrdrähten durch ausschaltbare Leitungsstücke verbunden, und da auch die letzteren durch isolierende Befestigungen in einzelne Strecken geteilt sind, so ist es möglich, jede Teilstrecke im Falle von Störungen oder Reparaturarbeilen vollständig stromlos zu machen.

Die Rückleitung des Stromes geschieht fast durchweg durch die Schienen. Bei mittleren Anlagen genügt deren Querschnitt meist allein. Bei stark belasteten und langen Strecken müssen noch besondere Rückleitungskabel hinzugefügt werden, weil sonst zu große Spannungsunter-schiede in den Schienen hervorgerufen werden, welche Stromentweichungen durch das Erdreich verursachen. (Vagabundierende Ströme.) Diese Stromentweichungen haben Störungen des Fernsprechbetriebes und elektrolytische Zerstörungen der Gas- und Wasserleitungsrohre zur Folge.

Gleichstrommotoren. Bei Straßenbahnmotoren ist gedrängte Bauart ein Haupterfordernis. Ferner müssen alle wesentlichen Teile, z. B. die Ankerwicklung und der Stromabgeber, gut zugänglich sein. Die Magnete, meist vier an der Zahl, bestehen aus weichem Stahlguß und sind mit lamellierten Polschuhen versehen. Das Magnetjoch ist so geformt, daß es als zweiteiliges Gehäuse den Anker und die Magnetspulen vollständig umschließt. Die beiden Teile sind durch Scharniere verbunden, so daß das Oberteil leicht aufklappbar ist. Die Ankerwicklung muß sorgfältig isoliert und wegen der starken Stöße besonders gut in den Nuten des Ankereisens befestigt werden. Abb. 130 läßt die Ansicht eines aufgeklappten Straßenbahnmotors erkennen.

Die Leistung dieser Motoren wird meist als Stundenleistung, z. B. 20—40 PS, angegeben. Darunter ist die Leistung zu verstehen, bei welcher nach einstündiger Dauer die zulässige Übertemperatur an keiner Stelle der Wicklungen überschritten wird. Die größte Zugkraft, welche der Motor beim Anziehen leistet, beträgt etwa das Zwei- bis Dreifache der Zugkraft, welche der Stundenleistung entspricht. Die Motoren werden für eine Umdrehzahl von 450—600 in der Minute gebaut. Die Übertragung von der Motorachse auf die Laufachse geschieht durch Zahnräder aus Stahl mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:3,5 bis 1:6. Die Fahrgeschwindigeit der Straßenbahnen bewegt sich zwischen 15

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f.

Abb. 130.

Straßenbahnmotor in aufgeklapptem Zustande.

und 30 km in der Stunde, erstere in den Straßen der Stadt, letztere außerhalb. Bei den Versuchen mit der elektrischen Schnellbahn Zossen — Marienfelde sind Geschwindigkeiten bis zu 200 km in der Stunde erreicht worden.

Kleine und mittelgroße Wagen, die auf fast ebenen Strecken verkehren, werden der Einfachheit halber nur mit einem Motor ausgerüstet, größere dagegen mit zwei Motoren, weil diese eine vorteilhaftere Schaltung ermöglichen. Beim Anfahren werden zuerst beide Motoren (Anker- und Magnetwicklungen) unter Zuhilfenahme von Widerständen hintereinandergeschaltet.Dann werden die Widerstände allmählich herausgenommen, später werden die beiden Motoren wieder mit Vorschaltung von Widerständen parallelgeschaltet, und wenn diese nunmehr wieder nach und nach abgeschaltet werden, dann arbeiten beide Motoren parallel ohne jeglichen Zusatzwiderstand.

Zur Herstellung aller dieser Schaltverbindungen dienen Schaltwalzen (Kontroller), deren Einrichtung bereits bei den Anlaßapparaten ge< schildert ist. Für die Umkehrung der Drehrichtung ist eine besondere Umschaltwalze vorhanden, durch deren Betätigung die Ankerklemmen

vertauscht werden. Die Schaltwalzen sind gegeneinander so verriegelt, daß jede nur bewegt werden kann, wenn sich die andere in der Ausschaltstellung befindet.

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Abb. 131.

Das Schema einer solchen Schaltanlage zeigt Abb. 131, aber der Einfachheit halber nur für die Ausrüstung mit einem Motor. Der Strom kommt vom Fahrdraht und geht durch die Kontaktrolle (Trolley) durch die Hauptleitung zunächst zur Induktionsspule, welche den Durchgang atmosphärischer Entladungen verhindern soll, dann durch den Notschalter und die Hauptsicherung zu dem Kontakte i. In der Stellung 1 der Hauptkurbel K sind in der Schaltwalze die Kontakte i—h und a—b geschlossen, durch die Stellung 1 der Umschaltkurbel Je werden die Kontakte s mit und t mit t{ verbunden. Der Strom läuft dann über i — Ji durch alle Widerstände wt—wb zur Magnetwicklung M, dann zur Umschaltwalze t — tx zum Anker A und über s — sv b — a zum Blasmagnet und von da zum Untergestell. Beim Weiterschalten der Hauptkurbel K werden bei den Stellungen 2 bis 6 die Widerstände wx bis tvb allmählich abgeschaltet, so daß der Motor dann mit voller Kraft arbeitet.

Das Ausschalten geschieht dadurch, daß die Hauptkurbel in umgekehrter Richtung (Stellung 6—1) bewegt wird. Soll die Drehrichtung geändert werden, dann wird die Umschaltkurbel auf Stellung II gedreht, wodurch s mit t und sx mit tx verbunden werden, die Stromrichtung im Anker also geändert wird. Der Blasmagnet dient dazu, die beim Ausschalten auftretenden Funken durch die Wirkung der magnetischen Kraftlinien möglichst schnell zum Verlöschen zu bringen. Etwaige atmosphärische Entladungen sollen durch die Funkenstrecke unmittelbar zum Untergestell, d. h. zur Erde abgeleitet werden.

Drehstrommotoren. Die Änderung der Drehrichtung kann einfach durch Vertauschen zweier Leitungen, die zum Ständer führen, erzielt werden. Für die Geschwindigkeitsänderung kommt bei kleineren

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Motorwagen

II

Dreschmaschine Abb. 132.

Motoren nur die Wiederstandsregelung im Rotorstromkreis in Frage. Die für größere Motoren angewendete Polumschaltung bedingt sehr verwickelte Verbindungen. Bei einem 16poligen Motor werden z. B. beim Anfahren die 16 Pole hintereinander geschaltet, und nachher werden zur Erzielung der doppelten Geschwindigkeit je acht Pole hintereinander und die beiden Gruppen parallelgeschaltet. Die Kaskadenschaltung bedingt zwei Motoren, die beim Anfahren hintereinandergeschaltet werden, aber nicht in Parallelschaltung betrieben werden können.

Einphasenmotoren (Kollektormotoren). Die Regelung beim Anlassen geschieht durch Änderung der zugeführten Spannung. Zu diesem Zwecke wird die Sekundärwicklung des Transformators in mehrere Abteilungen zerlegt. Durch einen Stufenschalter wird dem Motor allmählich die volle Spannung zugeführt. Die Änderung der Fahrgeschwindigkeit wird durch Verschieben der Bürstenbrücke erreicht. Die Einphasenkollektormotoren können sowohl in Reihen- als auch in Parallelschaltung arbeiten; sie geben in beiden Fällen die volle Zugkraft.

Der Stromverbrauch für ein Wagenkilometer beträgt bei kleinen

Abb. 133. Elektrisch betriebener Pflug.

Wagen auf ebenen Strecken 325—400 Wattstunden, bei größeren Wagen mit erheblichen Steigungen 500—600 Wattstunden.

Landwirtschaft. Die Besitzer großer Güter haben die Vorteile der elektrischen Kraftübertragung schon frühzeitig erkannt. Unter Benutzung kleiner Wasserkräfte oder der Dampfanlagen der benachbarten Zuckerfabriken und Brennereien haben sie kleine Stromerzeugungsanlagen errichtet und von hier aus ihre Betriebe mit elektrischer Energie versorgt. Durch die ausgedehnten Leitungsnetze der Überlandzentralen ist es aber heute auch den Besitzern kleiner Güter ermöglicht, sich die Vorteile des elektrischen Stromes nutzbar zu machen. Für die Beleuchtung der Ställe und Scheunen ist das elektrische Licht infolge seiner Feuersicherheit wie kein anderes geeignet. In den Wohuräumen wird es infolge seiner sofortigen Betriebsbereitschaft als große Annehmlichkeit empfunden. Noch viel wichtiger ist aber der Elektromotor zum Antrieb von Dreschmaschinen, Pumpen, Häckselschneidern, Schrotmühlen und ähnlichen landwirtschaftlichen Maschinen. Dort, wo große Energiemengen billig zur Verfügung stehen, kaun auch der elektrisch betriebene Pflug in erfolgreichen Wettbewerb mit dem Dampfpflug treten. Der Elektromotor ist in erster Linie berufen, die immer größer werdende Leutenot auf dem Lande zu mildern.

Die Abb. 132 u. 133 zeigen einige elektrische Krastantriebe in der Landwirtschaft. Infolge seines geringen Gewichtes ist der Elektromotor leicht fahrbar zu machen. Zur Fortbewegung kleiner Motoren genügt eine Tragbahre. Auf freiem Felde ist der Motor, wenn die Leitung einmal gelegt ist, sehr bequem zn verwenden, denn für ihn braucht nicht, wie für die Lokomobile, Wasser und Kohle angefahren zu werden. Seine Bedienung stellt geringe Anforderungen, ein Vorteil, der für einfache, ländliche Verhältnisse nicht zu unterschätzen ist. Die Kosten für die Instandhaltung des Elektromotors sind ungleich niedriger, als die für einen Lokomobildampfkessel, der mit ungereinigtem Wasser gespeist wird. Alles in allen kann man ohne Übertreibung sagen, daß der Elektromotor der beste Freund des Landmannes ist.

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²

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Teubners

kleine Fachwörterbücher

Mit größeren rein wissenschaftlichen Nachschlagewerken können die kleinen Fachwörterbücher namentlich hinsichtlich bet Vollständigkeit natürlich nicht in Wettbewerb treten, sie verfolgen ja aber auch gan) andere Zwecke, durch die preis und Umfang bedingt waren. Den allgemeinen Konversationslexika gegenüber bieten sie bei den sich ohnehin mehr und mehr spezialisierenden auch außerfachlichen Interessen des einzelnen Vorteile insofern, als die Bearbeitung den besonderen Bedürfnissen des einzelnen Fachgebietes besser angepaßt und leichter auf dem neuesten Stand des Wissens gehalten werden kann, als insbesondere auch die Veu- und Vachbeschaffung der einzelnen abgeschlosiene Gebiete behandelnden Bände bedeutend leichter ist als die einer Gefamt-Enzhklopädie, deren erster Band gewöhnlich schon wieder veraltet ist, wenn der letzte erscheint.

* in Vorbereitung bzw. unter der Presse (1Y21)

PhilosophischesWörterbuch. 2.Aufl.V.Studienrat Or.p.T Hormehe r. (Bd. 4) geb. M. 17.50

psychologisches Wörterbuch von vr.Zri h G i ese. (Bd.7) geb.M. 17.50

*    Wörterbuch zur deutschen Literatur von Dr. tz. Aöhl. "Musikalisches Wörterbuch von privatdoz. Dr. Z.tz. Moser. (Bd. 12.) "Wörterbuch der Kunstgeschichte von Dr. tz. Vollmer.

*    Wörterbuch des klassischen Altertums von Dr. B. A. Müller. physikalischesWörterbuch v.prof.Dr. G. B e r n d t.(Bd.5)geb.M. 17.50

"Chemisches Wörterbuch von prlvatdozem Dr. tz. Aenrh. (13b. 10.) "AstronomischesWörterbuchv.ObservatorDr.tz. Houmonn. (Bd.Jl.) Geologisch - mineralogisches Wörterbuch von Dr. E.W. Schmidt. (Bd. 6) geb M. 20.—

GeographischesWörterbuch v.pros.Dr.O.Ken d e. l.Allgem.Erdkunde. (Bd.s) geb.M. 22.50. *H.Mörterbuch d.Länder-u.Wirtschastskunde. (13.) Zoologisches Wörterbuch von Dr. Th. Knottnerus-Meher. (Bd. 2) geb. M. 20.—

Botanisches Wörterbuch von Dr. O. Gerte. (Bd. 1) geb. M. 20.— Wörterbuch der Warenkunde von Prof. Dr. M. pietsch. (Bd. 3) geb. M. 22.50

"Handelswörterbuch von tzandelsschuldirektor Dr. 13. Sittel und Oufthrat Dr. M. Straus). (Bd. 9)

Verlag von V. G. Tcubner in Leipzig und Berlin

N VIII. 31.

Die in diesen Anzeigen angegebenen Preise sind die ab l. Juli >02> gültigen als freibleibend zu betrachtenden Ladenpreise, zu denen die meinen Verlag vorzugsweise führenden Sortimentsbuchhandlungen zu liefert! in der Lage und Verpflichtet find, und die ich selbst berechne. Sollten betreffs der Berechnung eines Buches meines Verlages irgendwelche Zweifel bestehen, so erbitte ich direkte Mitteilung an mich.

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Teubners

Naturwissenschaftliche Bibliothek

Serie A. Kür reifere Schüler, Studierende und Naturfreunde

Alle Band- sind reich illustriert und geschmackvoll gebunden

Große Physiker. Von Io h. Kefer st ein. Geologisches Wanderbuch. Von K. G.

Mit 12 Bildnissen.......M. 16.-

physlkalisches Experimentierbuch. Von tz. Rebenstorfs. In 2 Teilen, l. Teil.

2. Aufl. Mit 99 Abbildungen M. 2"*,—.

II. Teil. Mit 67 Abbildungen . M. rs.— Große Geographen. Bilder aus der Ge-

Chemisches <E„pmmtniietbud,. Von R. J#** *«    ®“

Scheid. 3n 2 Teilen. I. Teil. 4. Aufl. 6 Porträts, 4^166. u. ÄartcnRi^. TU. 13.50 Mit 77 Abbildungen. M. 16.-. II. Teil. Geographr»ches Wanderbuch. Von A.

Berg. 2. Aufl. Mit 212 Abb. M. 22.—

Volk. 2 Teile. 1.2.Aufl. Mit201 Abb.u. ) Orientlerungstasel. M. 90.-. II. Mit 269 Abb.. 1 Orientierungstafel u. 1 Titelbild. M. 90.—

2. Aufl. Mit 51 Abbildungen . M. 20.—

»n der Werkbank. Von L. Gsckeldlen.    tiSÜSTflfSi r?®V,

M.,.°Nbbi,düngen u.44T.f°,n.M.-°- 7Um.».^V°n OtWjl» ™

n er. Mit 40 Abbildungen. . . TU. 9.—

SMlÄifÄ V-g-.a.i°no,ch,-d-ru„g-...Vo>P.G.-d.

Vom Linbaum zum Linienschiff. Streif- Unsere Zrühlingspflanzen. Von Zr. )üge auf dem Gebiete der Schiffahrt und des ß ö'ck. Mit 76 Abbildungen . . M. 12 — Seewesens. Von K. Aadunz. Mit 90 Ab- Große Biologen. Bilder aus der Geschichte

b'ldungen..........M. 12.-    der Biologie. Von w. May. Mit 21 Bild-

Die Luftschiffahrt.    Von    R.    Nim führ.    niffen...........M. 10-

Mit 99 Abbildungen.....M. 7.50 Biologisches Lxperimentierbuch. An-

Stus dem Luftmeer. Von M. S    a s s e n f e l d.    leitung ?um selbständigen Studium der

Mit 40 Abbildungen.....M. 7.50    Lebenserscheinungen für jugendliche Vatur-

und 1 Sternkarte. M.20.-Än der See. Geogr.-geologische Betrachtungen. Vony.Dahms. Mit61 Abb. M.14.—

yimmolobeobachlungmitblossemNug«. f.rc“ni,e- Von L. Schäl,eMi, JOO Nd-Von Z.Nusch. 2. Jtufl. MI 30 jigurcn b- dnng-n .    .    . . . ^. 20.-

Ansektenbiologie. Von Chr. Schröder. (U. d. Presse 1921.1

Erlebte Naturgeschichte.Von L. S ch m i tt. 2. Aufl. Mit 95 Abb. i. Text. Kart. M. 16.50 Küstenwanderungen. Biologische Nus- Das Leben unserer Vögel. Von I. flüge. VonV. Zranz. Mit92 Zig. M.9.— Thienemann......ca. M. 10.—

9n Vorbereitung:

Große deutsche Industriebegründer. Von C. M a t s ch o ft. Große Mathematiker.

Von E. Löffler. Große Chemiker. Von O. Ohmann und R. Winderlich.

Serie B. Kür jüngere Schüler und Naturfreunde.

physikalische Plaudereien f. die Jugend. Mein Handwerkszeug. Von O. Frey. Von L.Wunder. Mit 15 Abbildungen. Mit 12 Abbildungen . . . Kart. M. 4.—

Vom Tierleben in den Tropen. Von K. G u e n t h e r. Mil 7 Abb. Kart. M. 4.—

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M. 5.-

Ehemische Plaudereien für die Jugend.

Von L. Wunder. Mit 5 Abbildungen. Versuche mit lebenden pflanzen. Von M. 5.— M. Oettli. Mit 7 Abb. Kart. M. 4 —

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preise freibleibend

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Teubners Künstlersteinzeichnungen

Wohlfeile farbige Originalwerke erster deutscher Künstler fürs deutsche Haus

Die Sammlung enthält jebl über 200 Bilder in den Größen 100X70 cm (M.25.-), 75X55 cm (7H.2J.-K 103 ><4i cm u. 60X50 cm (TH. J 6.-), 55X42 cm (W. 1 6.-K 4JX30 cm (M. 12.50) Geschmackvoller Nahmen aus eigener Werkstätte in den Bildern angepaßten Ausführungen.

Schattenbilder

K. W. Diefenbach „Per aspera ad astra“. Album, die 34 Teilb. des vollst.

Wandjriefe» fottlaufend wiederg. (20 ¹/*x25 cm) TH. 70.—. Teilbilder als wandfriefe (42 X60 cm je TR ) 7.50,(35X18 cm) je TR. 5.50, auch gerahmt in verfch. Ausfuhr, erhältlich.

„Göttliche Jugend*. 2 Mappen, mit je 20 Blatt (25 VaX 34 cm) je M. 50.-. Einzelbilder je TR. 3.30, auch gerahmt in verfch. Ausfuhr, erhältlich.

Kittdermuslt. 12 Blätter (2S¹|aX34 cm) in Mappe TR. 45.-, Linzelblatt M. 4.50.

Gerda Luise Schmidt (20x15 cm) je TR. 2.50. Auch gerahmt in verschiedener Ausführung erhältlich. Blumenorakel. Reifenspiel. Der Besuch. Der Liebesbrief. Lin Zrühltngs-ftcouß. Die freunde. Der Brief an .Ihn". Annäherungsversuch. Am Spinell. Beim Mein. Lin Märchen. Der Geburtstag.

Teubners Kün ft lerpo ft karten

graphien von K. L 0 h e.

(Ausf. Verzeichnis v. Verlag in Leipzig.) Jede Karte 30 Pf. Reihe von 12 Karten in Umschlag M. 3.-, jede Karte unter Glas mit schwarzer Linsaffung und Schnur TR. 2.20, oval TR. 2.40. Die mit * bezeichneten Reihen auch in feinen ovalen Holzrähmchen (TR. 6.20 bim. TR. 7.50, eckig TR. 5.20), in Teupa-Rohmen (eckig TR. 2.90, oval TR. 3.20) oder in Kettenrahmen (TR. 3.40). Teubners Künsiierjternzeichnungen in 12 Reihen. Teubners Künftlerpostkarte« nach Gemälden neuerer M ei jter. 1. TRocco, Maienzeit. 2. Köfelitz, Sonnenblick. 3. Butter» sack, Sommer im TRoor. 4. ßartmann, Sommerweide. 5. Kühn jr^ 3m weißen Zimmer. 9n UmschlagM. i.50.*Diefenbachs Schattenbilder in?Rethen. (Kindermusik,je TR. —.40, Reihe TR. 4.-) Aus te.n Krnüerleden, 0 Karten nach Bleistiftzeichn, von Heia Peter». 1. Der gute Bruder. 2. Der böse Bruder. 3. Wo drückt der Schuh? 4. Schmeichelkätzchen. 5. Püppchrn, aufgepaßt! 6. Große Wäsche. 3n Umschlag TR. 1.50. *Schattenrt-karten von Gerda Luise Schmidt: l. Reihe: Spiel und Zorn, Fest im Gatten, Blumenorakel» Die kleine Schäferin, Belauschter Dichter, Rattenjönger von Hameln. 2. Reiher DieFreunde, Der Besuch, 9m Grünen, Reiseirsprel, Lin Frühlingsstrauß, Der Liebesbrief. 3. Reihe: Der Bttef an .9hn', Annäherungsversuch» Am Spinett, Beim Wein, Lin Märchen, Der Geburtstag. Jede Reihe in Umschlag M. 1.50. Denkwürdige Stätten aus Nordfrankretch. 12 Ortginal-Litho.

Rudolf Schäfers Bilder nach der Heiligen Schrift

Der barmherzige Samariter (TR. 21.-), Jesus der Kinderfreund (TR. 18.-), Das Abendmahl (TR. 2i.-), Hochzeit zu Kana (TR. is.-),Weihnachten (TR.21.-), Die Bergpredigt (TR.2J.-) (75X55 bzw. 60X50 cm), 6 Blätter in Mappe zum ermäßigten Preise von TR. 86.50. Diese 6 Blätter in Format Yt tlt f    Yt t f hot* *n ^appe TR. 36.40, als

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Karl Bauers Federzeichnungen

Zührer und Helden im Weltkrieg. Einzelne Blätter (28x36 cm) tr 2.50, Liebhaberausgabe TR. 5.50, 2 Mappen, enthaltend je 12 Blätter, je . TR. »2.-Lharakterköpfedeutschen Geschichte. Mappe, 32öl. (28x36cm) tr. 40.-,

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