Die gebräuchlichen Automobilsysteme. Von Professor H. Bachner in Stuttgart. (Fortsetzung des Berichtes S. 165 d. Bd.) Die gebräuchlichen Automobilsysteme. Elektrische Motorwagen. Kein Motor erscheint für den Antrieb von Fahrzeugen besser geeignet, als der Elektromotor; seine Vorzüge treten besonders deutlich hervor bei einem Vergleich mit dem Explosionsmotor, für den wir in jedem Kapitel neue Auskunftsmittel besprechen mussten, die zu ersinnen waren, um ihn für Motorfahrzeuge nur einigermassen tauglich zu machen. Insbesondere entbehrt der Elektromotor der durch Raumbedarf und Gewicht lästigen Kühlvorrichtungen auchbei grösserer Leistung und der zu Störungen und Energievergeudung Anlass gebenden variablen Uebersetzungen, er ist umsteuerbar, bedarf keines Massenausgleichs, besitzt eine sehr vollkommene Regulierfähigkeit und ist infolge seiner Betriebseigenschaften frei von störenden Erschütterungen, Lärm und Gerüchen. Einen prinzipiellen Nachteil freilich besitzt er doch, und zwar von so schwerwiegender Bedeutung, dass noch bis vor kurzer Zeit der Wettbewerb des elektrischen mit dem Benzinfahrzeug trotz aller Mängel des letzteren aussichtslos erschien: dies ist die Schwierigkeit, dem Motor während der Fahrt seinen Energiebedarf zuzuführen. Soll das Automobil vollkommen frei beweglich sein, so ist man genötigt, Akkumulatorbatterien mitzuführen, deren Konstruktion ein hohes Gewicht bedingt, und das Verhältnis des nützlichen zum toten Gewicht des Fahrzeugs, welches bei Benzinwagen normaler Grösse bis zu 30 % betragen kann, merklich verschlechtert; es wird bis jetzt in den seltensten Fällen 20 % übersteigen. Auch der relativ geringe Aktionsradius des Akkumulatorwagens, d.h. die Strecke, welche man mit einmaliger Ladung zurücklegen kann, ist eine Folge des hohen toten Gewichtes, erscheint aber gleichfalls an und für sich nicht mehr so bedenklich, seit es durch die stete Verbesserung der Akkumulatoren gelungen ist, mit einer Ladung auf guter Strasse bis 80 km und darüber zurückzulegen. Als ganz wesentliches Hemmnis für die Entwickelung dieser Fahrzeuge ist es hingegen anzusehen, dass die Erneuerung des Energiebedarfs unbedingt an das Vorhandensein einer elektrischen Anlage gebunden ist, und dass diese in dem Aufladen der Batterie bestehende Erneuerung, von gewissen Ladevorrichtungen für spezielle Zwecke abgesehen, mit einem ziemlich bedeutenden Zeitaufwand verknüpft ist. Dass man infolge dieser Mängel der Akkumulatorwagen das bei den Strassenbahnen längst erprobte sogen. Trolley-System, d.h. stetige Energiezuführung durch einen an einer den Wagen begleitenden Leitung schleifenden Kontakt, wiederholt ins Auge gefasst hat, erscheint also erklärlich, obgleich dadurch von vornherein der Vorteil der freien Beweglichkeit des Fahrzeugs aufgegeben werden muss. Die bei Anwendung dieses Systems für Automobilzwecke auftretenden Schwierigkeiten und die Versuche zu deren Lösung sollen in einem besonderen Kapitel Erwähnung finden, zunächst sei der seine Akkumulatorenbatterie mit sich führende elektrische Motorwagen besprochen. I. Die Motoren. Die Entwickelung der Elektromotoren für Automobilzwecke erscheint, wie leicht erklärlich ist, durch die Entwickelung der Strassenbahnmotoren stark beeinflusst, hat aber doch auch zum Teil einen eigenen Weg eingeschlagen. Was zunächst den äusseren Aufbau anlangt, so benutzte man bei den ersten Versuchen gewöhnliche stationäre Motoren; die dabei auftretenden Mängel führten indessen bald dazu, die gebräuchlichen Strassenbahnmotoren mehr oder weniger zu kopieren. Die offene Bauart, wie sie noch in Fig. 81 zu finden ist, dürfte wohl gänzlich verschwunden sein; wir sehen aus den folgenden Figuren, dass statt dessen der Motor jetzt kastenförmig ausgebildet wird, wozu sich am besten die sogen. Manteltype (Lameyer-Type) eignet (Fig. 82 bis 84). Auch wird die doppelt symmetrische Anordnung (Fig. 83 und 84) der nur zu einer Achse symmetrischen Konstruktion (Fig. 81 und 82) vorgezogen. Der Vorteil dieser vollständig geschlossenen Bauweise, wobei unter allen Umständen der Kollektor (Fig. 87), zweckmässigerweise aber auch das Rädergetriebe mit eingekapselt werden (Fig. 86), ist ohne weiteres einzusehen: es werden die empfindlichen Teile des Antriebs vor Schmutz, Staubund Feuchtigkeit geschützt und dadurch in erster Linie der mechanische Wirkungsgrad des Motors dauernd hoch gehalten, ferner aber auch die Polflächen vor dem Ansetzen kleiner Eisenteile, wie sie besonders im Strassenstaub vorhanden sind, bewahrt. Besondere durch Deckel oder Klappen verschliessbare Oeffnungen (z.B. a und g Fig. 86) ermöglichen die leichte Zugänglichkeit von Kollektor, Lagern und Anker. Textabbildung Bd. 315, S. 221 Fig. 81.Elektromotor mit variabler Uebersetzung, System Patin. Andererseits freilich verhindern diese Gehäuse die bei stationären Motoren so günstig wirkende Ventilation, und man muss infolgedessen bei der Dimensionierung besondere Rücksicht darauf nehmen, dass der Motor sich bei Dauerbetrieb mit normaler Belastung nicht zu stark erwärmt; bisweilen bringt man wohl auch kleine Luftöffnungen an solchen Stellen an, wo das Eindringen grösserer Staubmengen nicht zu befürchten ist. Textabbildung Bd. 315, S. 221 Fig. 82.System Jeantaud, ältere Ausführung. Gebräuchliche Formen der geschlossenen Bauart sind in Fig. 83 und 84, ein besonderes System in Fig. 85 schematisch zur Darstellung gebrachtVgl. auch D. p. J. Motoren von Siemens und Halske, 1899 314 166 Fig. 101, von der Allgemeinen Elektrizitätsgesellschaft, 1899 314 150 Fig. 83, und von E. Möhrlin in Stuttgart, 1899 314 181 Fig. 107.. Die zweipolige Form (Fig. 83) besitzt ein aus einem Stück gegossenes Magnetgestell, an beiden Stirnseiten mit kreisrunden Oeffnungen, vor welche die glockenförmigen Verschlussteile geschraubt werden; die eine der Oeffnungen muss so gross sein, dass die Wickelungen w und der Anker a eingebracht werden können. Dasselbe System eignet sich auch für vierpolige Bauart. Den Anker teilweise umfassende Magnetwickelungen (Fig. 84) begünstigen die wünschenswerte Raum- und Gewichtsersparnis, verhindern aber das Einschieben des Ankers; in diesem Fall wird, wie aus der Figur hervorgeht, das Gestell zweiteilig gegossen, mit durch die Achse gelegter Trennungsfuge. Hierdurch wird gleichzeitig die Zugänglichkeit des Ankers wesentlich erhöht, insbesondere wenn die eine Gehäusehälfte um Scharniere aufgeklappt werden kann. Die vorliegende Form ist vierpolig mit nur zwei Wickelungen, was niedrige Bauart gestattet (Type mit Folgepolen, vgl. auch Fig. 82), kann aber natürlich auch mit vier Wickelungen hergestellt werden. Textabbildung Bd. 315, S. 222 Fig. 83.Kastentype, vierpolig, mit nur zwei Wicklungen. Textabbildung Bd. 315, S. 222 Fig. 84.Kastentype, zweipolig. Eine wesentlich abweichende Form der magnetischen Anordnung ist bei dem Lundell-MotorGebaut von den Bergmann-Elektromotoren- und Dynamowerken, A.-G., Berlin; vgl. auch die Zeitschrift Automobile, 1899 S. 71. Nach neueren Mitteilungen verwendet die Firma den Lundell-Motor nicht mehr für Automobilzwecke. (Fig. 85), gebaut von den Bergmann-Elektromotoren- und Dynamowerken, A.-G., Berlin, zur Ausführung gekommen. Die auch bei vielpoligen Modellen nur einmal vorhandene Magnetwickelung w umfasst konzentrisch den Anker a und die Pole p, letztere treten zungenförmig abwechselnd von der vorderen und hinteren Wandung zwischen Wickelung und Anker und geben den in der Figur durch die strichpunktierten Kurven und die Pfeile angedeuteten Verlauf der Kraftlinien, welche das Eigenartige dieser Bauart gegenüber den normalen Typen (Fig. 83 und 84), in denen der Kraftlinienverlauf gleichfalls angedeutet ist, am besten erkennen lassen. Die vorliegende Konstruktion zwingt zu einer Teilung des Magnetgehäuses senkrecht zur Achse; sie besitzt gewisse Aehnlichkeit mit den Wechselstrommaschinen des Induktortypus und jedenfalls auch deren Nachteile, ein sehr wenig homogenes Magnetfeld und grosse innere Streuung zwischen den Polzungen und der gegenüberliegenden Gehäusewand. Die Leistung der Motoren hängt wesentlich von der Art des Wagens und der verlangten Geschwindigkeit ab; für leichtere Fahrzeuge schwanken die Angaben zwischen 2 bis 4 PS. Dabei sind die benutzten Motoren zwei- oder vierpolig: Die zweipolige Bauart ist billiger und auf geringerem Raum unterzubringen, erfordert aber im allgemeinen eine wesentlich höhere Umdrehungszahl als die vierpolige. Textabbildung Bd. 315, S. 222 Fig. 85.Lundell-Motor. Bezüglich der Dimensionierung ist zu bemerken, dass man beim Magnetgehäuse möglichst an Material spart; man erreicht dadurch nicht nur eine Verringerung des Gewichtes, sondern infolge der damit notwendigerweise verbundenen starken Sättigung auch eine gewisse Sicherheit gegen zu starkes Anwachsen der Geschwindigkeit beim Befahren ebener bezw. etwas abfallender Wege (dabei istan den Hauptstrommotor zu denken). Der Anker ist wohl immer als Nutentrommelanker ausgebildet und bei vier Polen so gewickelt, dass man mit einem Bürstenpaar auskommt (Mordey-Wickelung). Man benutzt Kohlebürsten und gibt dem Kollektor möglichst viel Lamellen, um die Funkenbildung gering zu halten. Der Elektromotor ist hinsichtlich seiner Regulierfähigkeit nicht an veränderliche Uebersetzungen gebunden, und es wäre natürlich sehr wünschenswert, wenn man die Uebersetzungsgetriebe ganz vermeiden könnte, denn jedes Vorgelege kann bis zu 10 % Energie verzehren. Doch ist dieser Idealfall bei gewöhnlichen Automobilfahrzeugen wegen der zu hohen Umdrehungszahl des Motors ausgeschlossen, die bei den üblichen Leistungen von 2 bis 4 PS und der meist benutzten Batteriespannung von 80 bis 90 Volt zwischen 900 und 1200 pro Minute betragen wird; wohlverstanden ist dies die „günstigste“ Tourenzahl, mit welcher man den Motor bei stationärer Aufstellung laufen lassen würde, weil er dann in dem Bereich des besten Wirkungsgrades arbeitet. Für den Fahrzeugbetrieb entspricht dieser Umdrehungszahl in der Regel nicht die mittlere, sondern bereits eine ziemlich hohe Fahrgeschwindigkeit von 20 km und darüber, d.h. bei dem üblichen Triebraddurchmesser von ungefähr 1 m eine Tourenzahl dieser Räder von 100 bis 120 pro Minute, zu deren Herstellung demnach eine Gesamtübersetzung von etwa 1 : 8 bis 1 : 10 erforderlich ist. Diese Werte liegen eigentlich schon über der Grenze dessen, was man bei rasch laufenden Zahntriebwerken dem einfachen Vorgelege zumuten darf, und es erklärt sich hieraus die Erscheinung, dass die Mehrzahl der elektrischen Automobilen zweifaches Vorgelege besitzen, obgleich dadurch der Wirkungsgrad des Motors allein von über 80 % auf 65 % und noch weiter herabgedrückt wird. Textabbildung Bd. 315, S. 222 Fig. 86.System Jeantaud, neuere Ausführung. Diese Anordnung findet sich beispielsweise bei den Konstruktionen von Patin (Fig. 81) (ein Reibrad-, ein Zahnradvorgelege), von Jeantaud in der älteren (Fig. 82) und neueren Ausführung (ein Zahnrad- und ein Kettenradvorgelege) (Fig. 86), und bei einer Reihe von deutschen Konstruktionen der internationalen Motorwagenausstellung zu Berlin 1899, welche sich in dem in der Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure erscheinenden, noch öfter zu erwähnenden Aufsatz „Die Motorwagen und ihre Motoren“ besprochen finden. Man betrachte z.B. dortZeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, 1900 S. 14, 17, 86, 88, 89. die Anordnung der Firma Kühlstein-Wagenhau, Fig. 2 bis 4 (Motoren von der Allgemeinen Elektrizitätsgesellschaft), und Fig. 56 (Motoren von Siemens und Halske, A.-A.), ferner der Gesellschaft für Verkehrsunternehmungen, Fig. 42 und 43 (Motoren von Siemens und Halske), und Fig. 50 und 51 (Motoren von der Elektrizitätsaktiengesellschaft vorm. Lahmeyer und Co.). Der Columbia-Wagen der Motorfahrzeug- und Motorenfabrik Berlin dagegen. (Fig. 18) besitzt nur ein einziges Vorgelege trotz der hohen Uebersetzung 1 : 9. Eine auffallende Ausnahme bilden die Motoren des „Avant-train“ von Krieger in Paris, welche mit einem einzigen Vorgelege von 1 : 16,5 GesamtübersetzungLe Génie Civil, 12. August 1899 S. 246. auf die Lenkräder arbeiten, allerdings unter Benutzung schräg gestellter Zähne, die bekanntlich bessere Eingriffs Verhältnisse bieten. Sowohl die abnorme Höhe der Uebersetzung, wie auch die Beschränkung auf nur ein Vorgelege finden ihre Begründung in dem durch die eigenartige Konstruktion bedingten Raummangel, da die Motoren über dem vertikalen Lenkzapfen der vorn gelegenen Lenkräder befestigt sind, und an deren Drehung teilnehmen müssen. Infolgedessen fehlt es an Platz für ein doppeltes Vorgelege, und die mit Rücksicht auf möglichst geringe Grösse gewählten Motoren hoher Umdrehungszahl (etwa 2000 pro Minute) erfordern die hohe Uebersetzung. Auch dieses Beispiel weist deutlich auf die Mängel der als „Motorvorspann“ (Avant-train)Vgl. die Bemerkungen zum Getriebe von Prétot, D. p. J. 1899 315 * 163. bezeichneten Konstruktionen hin. Inwieweit in solchen Fällen das Grisson-GetriebeD. p. J. 1899 315 * 124 bis 127. eintreten kann, welches bereits für Automobilzwecke Verwendung gefunden hat und speziell für derartig hohe Uebersetzungen geeignet sein soll (1:18 bei dem Benzinpostwagen System Loutzky)Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, 1900 S. 235., muss die Erfahrung zeigen. Ein anderes Mittel zur Vereinfachung der Uebersetzung ist durch die Möglichkeit gegeben, Elektromotoren mit besonders geringer Umdrehungszahl herzustellen. Da hierdurch aber der Wirkungsgrad des Motors gegenüber Konstruktionen mit normaler Tourenzahl verschlechtert wird, so ist auch hier eine Grenze vorhanden, die insbesondere durch das Verhältnis der Umdrehungszahl zur Polzahl und Leistung des Motors bestimmt wird. Durch Anwendung vierpoliger Magnetgestelle und bei grösseren Leistungen gelingt es thatsächlich, mit der Umdrehungszahl ziemlich weit herunter zu kommen, was aus den folgenden Beispielen hervorgeht: Der Strassenbahnomnibus von Siemens und HalskeZeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, 1900 S. 49, 51, 85. besitzt vier vierpferdige Motoren für normal 550 Touren mit je einer Uebersetzung 1 : 8, die Droschke System Egger-LohnerZeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, 1900 S. 49, 51, 85. einen dreipferdigen Motor für nur 350 Touren (gebaut von der VereinigtenElektrizitätsaktiengesellschaft in Wien) mit der Uebersetzung 1 : 6,5. Wo trotz langsamen Motorganges die oben auch für normale Umdrehungszahl als üblich bezeichnete Uebersetzung 1 : 8 bis 1 : 10 beibehalten wurde, ist auf schwerere Wagentypen zu schliessen, welche hohe Geschwindigkeiten nicht bedürfen, dafür aber stärker belastet werden. So besitzen die Wagen mit Normalgestell der Gesellschaft für VerkehrsunternehmungenZeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, 1900 S. 49, 51, 85. einen vierpferdigen Motor mit normal 500 Umdrehungen, aber zweistufiger Uebersetzung (1 : 8,8). Bisher ist also die zweistufige Uebersetzung weitaus am meisten in Gebrauch. Doch sollte unserer Meinung nach mit allen Mitteln dahin gestrebt werden, mit einem Vorgelege auszukommen, sei es nun durch sorgfältigste Ausführung des bis zu 1 : 9 übersetzten Zahngetriebes, wofür ja Ausführungen schon vorliegen, oder durch weitere Vervollkommnung der langsam laufenden Motoren; denn man darf nicht ausser acht lassen, dass der Akkumulatorbetrieb nur dann lebensfähig und rentabel sein kann, wenn jede Energievergeudung vermieden wird, und jedes beseitigte Vorgelege entspricht einem Gewinn von 5 bis 10 %. Von Wichtigkeit für den Betrieb des Elektromobils ist insbesondere noch die Art der Schaltung der Magnetwickelung. Wie beim Strassenbahnbetrieb steht auch hier der Serienmotor fast allein in Verwendung, weil er bekanntlich an Anlaufmoment und Regulierfähigkeit den Nebenschlussmotor übertrifft. Der bei Strassenbahnen noch besonders ins Gewicht fallende dritte Vorteil der besseren Isolierfähigkeit kommt bei der relativ geringen Spannung des Akkumulatorbetriebs wenig zur Geltung. Als Eigentümlichkeit speziell des Automobilmotors hat sich übrigens noch eine Wickelungsart Eingang verschafft, die gewöhnlich als Compoundwickelung bezeichnet wird, von dieser indessen in dem wesentlichen Punkt abweicht, dass Hauptstrom- und Nebenschlusswickelung in demselben Sinne auf das Magnetfeld wirken, sich also gegenseitig unterstützen. Diese Schaltungsarten werden weiter unten bei Besprechung der Reguliermethoden noch eingehend erläutert werden. (Fortsetzung folgt.)