Eine konstruktive Meisterleistung

Der Umkehrantrieb von Siemens revolutioniert die Stahlindustrie

Im Jahr 1866 entdeckt Werner von Siemens das dynamoelektrische Prinzip. Die Umkehrung dieses Prinzips führt zur Entwicklung der ersten Elektromotoren, die gegen Ende des 19. Jahrhunderts in vielen Gewerbe- und Industriebetrieben die bis dato üblichen Dampfmaschinen ablösen und so der maschinellen Fertigung zum Durchbruch verhelfen. Der weltweit erste Umkehrwalzmotor von Siemens wird wegweisend für die Elektrifizierung in der Stahlindustrie.

Zuerst mit Dampf, dann elektrisch – Nach und nach ersetzen Elektromotoren die traditionellen Dampfmaschinen

Vor allem in der Eisen- und Stahlerzeugung stehen die Betreiber von Hütten- und Walzwerken der neuen Antriebstechnik aufgeschlossen gegenüber und gehen nach und nach dazu über, die bisherigen Dampfmaschinen und Transmissionsriemen durch Direktantriebe mit Elektromotoren zu ersetzen. Im ersten Schritt lassen sie ihre Walzenstraßen elektrifizieren, in denen die tonnenschweren glühenden Stahlblöcke zu immer dünneren Strängen oder Blechen ausgewalzt werden. Damit die Temperatur nicht absinkt, müssen diese Produktionsschritte möglichst schnell und präzise ausgeführt werden. Allerdings lassen sich nur relativ kleine Leistungen erzielen. Dies ändert sich1897: Damals liefert die Elektrizitäts-Aktiengesellschaft vorm. Schuckert & Co. (EAG), Nürnberg, einen Gleichstrommotor mit 250 Pferdestärken für den ersten elektrischen Antrieb einer Walzenstraße für Feineisen und Riffelblech der Dillinger Hütte. Die wesentlich robusteren Drehstrommotoren können wegen der noch schwierigen Drehzahlregelung nicht verwendet werden. Zum Betrieb der Rollgänge für den Transport des glühenden Materials, der früher mithilfe kleiner Dampfmaschinen erfolgte, wird bald darauf ebenfalls auf Elektromotoren zurückgegriffen.

Hohe Belastungen – Die neuen Elektromotoren werden schrittweise angepasst

Im Zuge dieser ersten Erfahrungen mit der neuen Antriebstechnik wird deutlich, dass die beim Walzen auftretenden großen Stöße besondere Anforderungen an die Überlastfähigkeit der Elektromotoren stellen. Den ersten Motor in verstärkter Ausführung mit einer Höchstleistung von jetzt 420 Pferdestärken baut die EAG 1901 für das Peiner Walzwerk. Kurze Zeit später sind dank der Einführung des sogenannten Ilgnerumformers und der Leonardschaltung die technischen Voraussetzungen geschaffen, auch große Motoren weitgehend verlustfrei sowie rasch regeln und reversieren zu können.

Eine wegweisende Entwicklung – Siemens gelingt mit dem Umkehrantrieb der Durchbruch

In den folgenden Jahren ermitteln Ingenieure der zwischenzeitlich gegründeten Siemens-Schuckertwerke (SSW) unter der Leitung von Carl Köttgen die Grundlagen des Leistungsbedarfs für Walzwerksantriebe. Auf Basis ihrer Erkenntnisse konstruiert Köttgen, mittlerweile stellvertretendes Mitglied des SSW-Vorstands, 1906/07 den ersten elektrischen Umkehrantrieb der Welt für eine Blockstraße der Georgsmarienhütte bei Osnabrück mit einer Höchstleistung von 6.550 Kilowatt (kW). Da die Walzstraße zum Zeitpunkt der Bestellung noch nicht fertig gestellt ist und keine anderen elektrischen Umkehrwalzstraßen existieren, muss Köttgen den Kraftbedarf im Vorfeld durch Versuche an der mit Dampf betriebenen Umkehrblockstraße der Gutehoffnungshütte vorausberechnen.

Durch die Unterteilung des Motors in zwei Einheiten gelingt es, den Durchmesser des Ankers und damit dessen Schwungmasse erheblich zu verringern. Diese Konstruktion ermöglicht die beim Walzbetrieb erforderliche schnelle Umsteuerung der Motoren und vermindert die dazu erforderliche Energie. Bei unbelasteter Walzenstraße kann die Drehrichtung der Walzmotoren 28-mal in der Minute gewechselt werden – und dies bei einer maximalen Drehzahl von 60 Umdrehungen pro Minute. Damit erreichen die elektrischen Antriebe eine Steuerfähigkeit, die weit über die tatsächlichen Betriebsanforderungen hinausgeht. 

Das Stahl- und Walzwerk der Georgsmarienhütte ist das erste größere Werk dieser Art, das völlig auf den Einsatz von Dampfmaschinen verzichtet. Es wird wegweisend für die fortschreitende Elektrifizierung in der Stahlindustrie. Allein bis zum Ausbruch des Ersten Weltkriegs liefern die Siemens-Schuckertwerke 30 schwere Umkehrstraßen aus. Das Unternehmen leistet damit einen wichtigen Beitrag zum Durchbruch der maschinellen Fertigung und zur Beschleunigung industrieller Produktionsprozesse. Heute liefert Siemens Antriebe für nahezu alle industriellen Anwendungen. Das umfassende Portfolio aus zuverlässigen Frequenzumrichtern, Motoren, Kupplungen und Getrieben erfüllt höchste Leistungsstandards und Qualitätsansprüche. Neue Schnittstellen und Module machen die Antriebskomponenten fit für die Digitalisierung.

Dr. Franz Hebestreit