Historische Energieinnovationen – Die Wilhelmsmühle in Züschen
Freuen Sie sich bei einem Besuch des TMK mit unseren Vereinsmitgliedern und dem uns unterstützenden VDE Kassel auf diese am 27. Juni eröffnete Dauerausstellung "Historische Energieinnovationen" zur Energieversorgung des "Schlosses Garvensburg" und des "Ritterguts Züschen". Es ist – neben den vom Hessischen Staatsarchiv in Marburg gescannten, von uns bearbeiteten und ausgedruckten Zeichnungen eines Kasseler Ingenieurbüros zur Erneuerung bzw. Sicherstellung der Wasserrechte am Flusslauf der "Elbe" im ehemaligen Fürstentum Waldeck – mit einer Francis-Turbine und einem Drehstrom-Synchron-Generator vor allem historisch wertvolle Maschinen- und Elektrotechnik aus der Zeit um die Wende vom 19. zum 20. Jahrhundert zu sehen, begleitet von bestellten Vorträgen und Führungen.
"Wo und was ist Züschen, wo ist dort eine "Garvensburg" und welcher Ritter betreibt das Gut?" wird mancher Leser fragen. Ehemals gehörte die kleine Stadt zum Fürstentum Waldeck und lag in dessen südöstlichstem Staatsgebiet. Nach dem 1. Weltkrieg wurde aus dem Fürstentum – sehr verkürzt beschrieben – zunächst ein Freistaat, in 1929 wurde dieser in die preußische Provinz Hessen-Nassau eingegliedert und nach dem 2. Weltkrieg der Landkreis Waldeck im Bundesland Hessen.
In den 1970-er Jahren erfolgten zahlreiche Gebietsreformen in Hessen, von der auch der Landkreis Waldeck betroffen war. Die Stadt Züschen wurde ein Ortsteil von Fritzlar im Schwalm-Eder-Kreis. Oben bzw. rechts ist Züschen aus der Zeit vor 1939 abgebildet (Quelle *10). Die "Garvensburg" ist links oben im Park zu erkennen und die Ritterburg (schon seit Jahrzehnten nicht mehr betrieben) mit ihren großen Gebäuden weiter rechts vor dem alten Park mit dem früheren Friedhof. Und bei Vergrößerung des heruntergeladenen Bildes ist hinter der rechten Ecke der langestreckten Remise auch das Verwaltergebäude (s. Bild weiter unten) zu erkennen, in dem die Hauptschalttafel aus dem 6. Artikel (Die Hauptschalttafel des Ritterguts Züschen" und der "Wilhelmsmühle") hinter dem Fenster stand, auf welches der rote Pfeil zeigt.
In den Jahren 1894 – 1898 ließ der Industrielle Karl Wilhelm Friedrich Garvens aus Hannover auf den vorgeblichen Resten einer Ritterburg Züschen aus dem ehem. Besitz der begüterten Herren von Meysenbug(k), mit Heinrich v. … im Mannesstamm 1810 ausgestorben, das "Schloss Garvensburg" im Stil des späten Historismus als burgartige Villa errichten, umgeben von einem engl. Garten (s. Bild links bzw. oben, Quelle *1). Bis in die 1970-er Jahre blieb das Schloss im Besitz der Familie, danach wurde es bis 2019 u.a. als Hotel und Restaurant genutzt, dann verkauft und privat genutzt.
Wilhelm Garvens, 1908 von Fürst Friedrich von Waldeck und Pyrmont aufgrund seiner Verdienste in den erblichen Adelsstand erhoben und sich nun "von Garvens-Garvensburg" nennend, war als einziger Inhaber der "Commandit-Gesellschaft für Pumpen- und Maschinenfabrikation W. Garvens" zweifellos der Technik zugewandt, durchaus sehr vermögend und stattete sein Schloss entsprechend aus. Dazu gehörten nicht mehr Kienspan, Kerzenleuchter und Ölfunzeln, sondern selbstverständlich elektrisches Licht und motorische Kraft aus höchstwahrscheinlich zunächst Gleichstrom, in der Zeit der Wende vom 19. zum 20. Jahrhundert dann Drehstrom, erzeugt in der neu erstellten "Wilhelmsmühle" aus der Wasserkraft der nordhessischen Elbe.
Wasserrechtliche Genehmigungsunterlagen der "Wilhelmsmühle" aus der Zeit nach Sicherstellung bzw. (Neu-)Verleihung der Rechte in den Jahren 1930 – 1934 und Schriftwechsel aus den 1960-/70-er Jahren mit der Eigentümerin Hildegard v. Garvens-Garvensburg werden im Staatsarchiv Marburg aufbewahrt und stellen für die Präsentation im Technik-Museum Kassel die aussagekräftigsten Quellen dar. Fotos aus der bis 1962 dauernden Betriebszeit der vermutlich nach 1987 nicht mehr existenten und dann abgerissenen "Wilhelmsmühle" oder in die dort ansässige Schreinerei integrierten Gebäudeteile waren leider nicht zu erhalten. Die meist unscharfen und unterbelichteten Diapositive aus der Zeit der Bergung sagen sehr wenig aus, sind erheblich interpretationsbedürftig und daher hier nicht wiedergabefähig.
Dem Bau des "Schlosses Garvensburg" vorangegangen war 1891 der Kauf eines Ritterguts auf der anderen Seite der von Lohne kommenden Straße und dessen Ausbau bzw. Erneuerung durch Wilhelm Garvens (s. Bild oben rechts die Einfahrt von der Straße "Obertor"). Dort standen die hier nur kurz beschriebene Hauptschalttafel, der Drehstrom-/Gleichstrom-Umformersatz und die Akkumulatoranlagen, während die Francis-Turbine, der Fliehkraft-Drehzahlregler, der Drehstrom-Generator und die Generator-Schalttafel in der "Wilhelmsmühle" installiert waren. Die in 1987 geborgenen Komponenten dieser kleinen Wasserkraftanlage, verteilt auf die Standorte "Wilhelmsmühle" und "Rittergut Züschen", werden in den nachgeordneten und hier verlinkten Artikeln beschrieben. Demnächst werden für noch weitergehend interessierte Besucher über QR-Code – derzeit an den Exponaten knapp gehaltene – ausführlichere Informationen zur Verfügung stehen. Museumsbesucher können über ihr Smartphone oder Tablet kostenfrei darüber verfügen, wobei wir davon ausgehen, dass diese Informationen nur dem privaten Gebrauch dienen und nicht weiterverteilt oder sogar veröffentlicht werden (ggf. Verletzung der Urheberrechte des Autors bzw. des TMK).
Zunächst aber – zwecks Einordnung in die gesellschaftliche, wirtschaftliche und, aus Sicht des Autors dieser TMK-Artikel, energetische Situation der Zeit um die Wende vom 19. zum 20. Jahrhundert – einige Zitate aus der Feder des letzten Gutsverwalters Gerhard Warnecke ab Ansiedlung von Wilhelm Garvens und seiner Familie. Gerhard Warnecke schreibt im Kapitel "Die Familie von Garvens in Züschen" (Zitat, Quelle *2):
"Im Jahre 1891 begann für Züschen ein neuer Zeitabschnitt. Der Industrielle Wilhelm Garvens aus Hannover kaufte am 2. November 1891 von dem Land- und Forstwirt Fritz Wrede das Rittergut für 725 000 Mark. Entgegen anderslautenden Berichten wurde das Gut als Ganzes gekauft. 1893 begann Garvens mit dem Ausbau des Gutes. Ältere Einwohner Züschens sagten: Als Wilhelm Garvens kam, war das für Züschen genau so wie 1958 für Baunatal, als das VW-Werk kam. Alle Menschen in Züschen hatten plötzlich Arbeit.
Vom Um- und Ausbau des Gutes waren alle Gebäude betroffen, welche den Anforderungen einer modernen Landwirtschaft nicht mehr genügten. Von 1896 bis 1898 wurde das Schloß in für damalige Verhältnisse recht kurzer Zeit gebaut. Es war nicht als Wohnsitz gedacht, sondern als Urlaubsdomizil und Jagdsitz. Der Wohnsitz der Garvens befand sich in Hannover, wo Wilhelm Garvens eine Pumpenfabrik betrieb mit einer Filiale in Wien. Erst Sohn Wolfgang verlegte seinen Wohnsitz nach Züschen und widmete sich der Land- und Forstwirtschaft. ......
Nach dem Kauf des Gutes stiftete Wilhelm Garvens 1000 Mark für die Armen in Züschen. Auch kaufte er Ländereien von Einwohnern und rettete dadurch viele vor dem Konkurs. Durch teilweise Kostenübernahme ermöglichte er den Bau vieler Einrichtungen, u. a. des Bathildisheims in Arolsen, des Stadtkrankenhauses in Bad Wildungen, des Kindergartens (1910) und der Molkerei (1911) in Züschen. Auch die Ederbrücke zwischen Wellen und Wega und die Brücke am Anglerparadies waren seine Werke. Für seine Taten wurde er 1908 vom waldeckischen Fürsten in den erblichen Adelsstand erhoben. Im Zuge der Baumaßnahmen an Gut und Schloß wurde auch die Wilhelmsmühle an der Straße nach Geismar erneuert. An der Straße und am heutigen Anglerparadies wurden Stauweiher angelegt. In der Mühle wurden ein Sägewerk und eine Stromerzeugungsanlage installiert, welche Gut und Schloß mit Kraft- und Lichtstrom versorgte. Der Generator wurde durch eine Turbine betrieben, eine zweite Turbine stand in dem Häuschen am Anglerparadies (gemeint ist der in den Artikeln erwähnte untere Stauweiher, d. Autor).
Bereits Ende des vergangenen Jahrhunderts wurde auf dem Gut elektrisch gedroschen und gemolken! Am 24. Juli 1898 kam der Fürst von Waldeck, um sich die elektrische Anlage anzusehen. Auch Wildunger Kurgäste ließen sich nach Züschen fahren, um das elektrische Melken zu bewundern. Ein Teil der elektrischen Anlage ist heute im Physikalischen Landesmuseum in Kassel zu besichtigen (gemeint ist das damalige Museum für Astronomie und Technikgeschichte. Heute sind die in 1987 geborgenen Komponenten durch Übertragung von Hessen Kassel Heritage im TMK zu besichtigen und insbesondere – im Gegensatz zur Zeit nach der Bergung und zeitweiligen früheren Ausstellung in der Orangerie in der Kasseler Karlsaue – entsprechend ingenieurwissenschaftlichen Regeln, evtl. auch international geltenden Museumsregeln dokumentiert, der Autor!). Übrigens waren 80 Prozent der beim Bau des Schlosses und Umbau des Gutes beschäftigten Arbeiter Einwohner von Züschen. Die Steine für den Schloßbau wurden im Burgholz gebrochen . Das Schloß hat einige Besonderheiten aufzuweisen, die es besichtigenswert machen. ......". Diese wenigen Sätze von Gerhard Warnecke ordnen sicherlich die Situation um den vermögenden Unternehmer Garvens, wegen seiner Verdienste um das Waldecker Land nach Erhebung in den erblichen Adelsstand Wilhelm von Garvens-Garvensburg, sehr gut ein. Leider ist das Büchlein nicht mehr erhältlich (Quelle, *2).
Der Autor dieser Artikel wusste um die "Garvensburg" als gutes Restaurant, hätte es zweifellos mit seiner Ehefrau auch gern besucht, gehörte aber angesichts der vielen Dienstkilometer auf Autobahnen nicht zu den sonntäglichen Autowanderern (Fahrt zum Lokal, Mittagessen oder Kaffee und Kuchen, Rundgang ums Lokal und Heimfahrt wegen des erlittenen "Suppenkomas"). Er wusste jedoch nichts von der inzwischen stillgelegten betriebseigenen Stromversorgung des Ritterguts und Schlosses und musste sich daher zu diesem Thema im fortgeschrittenen Alter sehr viel erarbeiten.
Im Detail sind – analog zu den über QR-Code an den Exponaten downloadbaren Artikeln mit noch weiter führenden Details – in den nächsten Wochen nachfolgende neun Artikel aufrufbar, welche in dieser Einführung zur Energieversorgung von "Schloss Garvensburg" und "Rittergut Züschen" nur in kurzen, auszugsweisen Abschnitten vorgestellt werden:
1. Stromerzeugung in der "Wilhelmsmühle" ab 1893 bis zum Abbau
Hier links das Blatt 1 aus der Sicherstellungs- und Verleihungsurkunde des Regierungsbezirks Kassel im Land Preußen des Deutschen Reichs vom 18. Mai 1934 mit der Darstellung des Flussverlaufs der nordhessischen Elbe im Bereich der Gemarkung Züschen (s. links bzw. oben, Quelle *3)
Gern würden wir hier ein Bild der seit Jahrzehnten nicht mehr existierenden "Wilhelmsmühle" präsentieren, gelegen am südlichen Ortsausgang von Züschen und "Oberen Stauweiher" an der den Ort durchfließenden nordhessischen "Elbe". Alle Bemühungen waren bisher vergeblich, wozu sicherlich auch – nicht nur aus Sicht der Ortsbewohner – die hessische Gebietsreform in der Zeit von 1969 – 1979 beigetragen hat. Züschen, zur Zeit der Erstellung der Stromversorgungsanlage "Wilhelmsmühle" für das Rittergut und die Garvensburg mit Stadtrechten dem Fürstentum Waldeck zugehörig, wurde aus dem nach 1945 entstandenen Landkreis Waldeck herausgelöst und als Ortsteil der Stadt Fritzlar im Schwalm-Eder-Kreis zugeordnet.
In Züschen existierten mit der Mahlmühle Leithäuser (ihr entstammt als Sohn der sehr erfolgreiche Inhaber des Kasseler Ingenieurbüros Leithäuser) und der Mahl- und Schneidemühle Schmalz (sog. Ober-Mühle) zwei Wasserableitungen aus der Elbe oberhalb Züschens. Auf Antrag von Wilhelm Garvens und der Bewilligung des Fürstentums Waldeck kamen 1893 mit der "Wilhelmsmühle" (s. Zeichnungsausschnitt rechts bzw. oben mit der "Knop"-Turbine, Quelle *3) und 1907/08 der "Turbinenanlage am unteren Stauweiher" zwei weitere hinzu. Vermutlich waren aber durch die politischen Umwälzungen von der Zeit des Fürstentums Waldeck bis hin zum Deutschen Reich in 1930 behördliche Akten zu Wasserrechten für die Turbinenanlagen und sonstigen Wassernutzung entweder nicht mehr auffindbar oder sogar verloren gegangen und der seinerzeitige Bauherr Wilhelm von Garvens-Garvensburg war 1913 verstorben.
Sein ältester Sohn Wolfgang stellte daher am 12. August 1930 an den Bezirksausschuss Kassel, den Vorgänger des Regierungspräsidiums Kassel (RP Kassel), des Landes Preußen den Antrag auf Sicherstellung bzw. Verleihung der Wasserrechte zum Turbinenbetrieb der "Wilhelmsmühle" (am oberen Stauweiher) und der "Turbinenanlage am unteren Stauweiher" an der Elbe in Züschen, Kreis der Eder. Dem Antrag wurde am 18. Mai 1934 mit dem Begriff "Sicherstellung und Verleihungsurkunde" zugestimmt. Die weiterhin geltenden Wasserrechte bestätigte der seinerzeit im RP Kassel hierfür zuständige Regierungsbeamte Dr. Fritz Hoch, älteren Mitbürgern aus dem Raum Kassel wie dem Autor sicherlich noch als erster nordhessischer Regierungspräsident nach 1945 bekannt.
.... weiterlesen zur Stromerzeugung in der ....
2. Die Francis-Turbine in der "Wilhelmsmühle" in Züschen (Link folgt in Kürze)
Wasserturbinen nutzen, wie die über Jahrhunderte verwendeten ober- und unterschlächtigen Wasserräder, je nach Typ in unterschiedlichen Anteilen die kinetische Energie fließenden Wassers (Bewegungsenergie) und die potentielle Energie aus dem Höhenunterschied zwischen dem Oberwasser (Speicherbecken oder Fließgewässer-Aufstau) und dem Unterwasser. Wenn damit elektrische Energie gewonnen ("erzeugt") wird, spricht man von Wasserkraftanlagen (WKA). Das bei unserem Exponat einer Francis-Turbine (s. links bzw. oben) zur Stromerzeugung benötigte Wasser trifft, vom Oberwasser über den Turbineneinlauf (oben rechts) und die sich bis zu ihrem hinteren Ende verjüngende Einlaufschnecke (hinten links) kommend, tangential auf die im Bild nicht sichtbaren verstellbaren Leitschaufeln des Leitapparates (äußerer Verstellmechanismus hinten mittig), und strömt radial auf das nicht sichtbare Laufrad, welche als Überdruckturbine den am Wassereintritt vor den horizontal rotierenden Schaufeln höchsten Druck bis zum Austritt abbaut.
Am Laufrad übergibt das Wasser seine Energie aus Fallhöhe und Menge auf dessen Schaufeln und verlässt, in unserem Exponat nach hinten axial abströmend die Francis-Turbine über den Turbinenauslauf (5) in das Unterwasser. Das Laufrad (im Bild unten mit den geöffneten Leitschaufeln) wird durch das fließende Wasser in Drehung versetzt und übergibt die Rotationsenergie über die Turbinenwelle an den Generator, im Fall der WKA "Wilhelmsmühle" mit ihrem 8-poligen Generator für 50 Hz über Riementriebe mit einer Übersetzung auf 750 U/min.
Da an unserem Exponat von den verstellbaren Leitschaufeln nur der äußere Verstellmechanismus sichtbar ist, rechts bzw. oben die Abbildung (Quelle *4) einer Francis-Turbine mit aufgeschnittenem Turbinengehäuse und Turbinenauslauf. Die Leitschaufeln sind völlig offen, die Turbine wird anlaufen. Sind die Leitschaufeln geschlossen läuft sie nicht an, aber Wasser sickert in geringen Mengen hindurch, was nur durch einen geschlossenen Oberwasserschieber verhindert werden kann. Dies ist in Kraftwerken Standard, so z.B. bei den Pumpspeicher-Kraftwerken Waldeck I mit stehenden und Waldeck II mit liegenden Francis-Turbinen, aber nicht in kleinen Anlagen wie der Energieversorgung von "Rittergut Züschen" und "Schloss Garvensburg".
.... weiterlesen zur Francis-Turbine (Link folgt in Kürze)
3. Der Fliehkraft-Drehzahlregler der Francis-Turbine
Bei den zunächst in WKA benutzten Gleichstrom-Generatoren wirken sich ohne eine Regelung entstehende Belastungsänderungen über die sich zwangsläufig auch ändernde Drehzahl durch Spannungsänderungen aus, bei Wechselstrom- bzw. Drehstrom-Generatoren neben Spannungs- im Wesentlichen die Frequenzänderungen. Je nach Belastung, in diesem Artikel also durch den abgegebenen von den Kunden benötigten Strom des Generators, muss demzufolge bei den die Generatoren antreibenden Kraftmaschinen auch die durchströmende Dampf- bzw. Wassermenge verstellt werden. Was anfänglich bei Wasserturbinen durch manuelles Heben oder Senken der Schütze (brettähnliche Absperrungen) im offenen Zulauf realisiert wurde, so auch im ersten "Casseler" Wasserkraftwerk "Neue Mühle" an der Fulda gegenüber des heutigen Fuldabrück-Bergshausen, übernahmen schon um die Wende vom 19. zum 20. Jh. rein mechanische, später hydraulisch-mechanisch wirkende Regler. Diese nutzten die mit der Drehzahl einer Turbine variierende Fliehkraft von beweglich aufgehangenen bzw. gelagerten Massen.
So ist das auch bei der wenige Meter weiter, zwischen den Henschel-Werkzeugmaschinen und der Modelleisenbahn stehenden Dampfmaschine "Lady Agnes" und prinzipiell auch der teilweise aufgeschnittenen AEG-Hilfs-Dampfturbine aus dem Kasseler Müllheizkraftwerk. Bei der Dampfmaschine wird die Drehzahl am großen Schwungrad abgenommen und über Riemen dem Fliehkraftregler zugeführt. Dieser verstellt am seitlich neben dem Dampfzylinder angeordneten Schieberkasten über die senkrechte Verbindung des Regler-Waagebalkens mit Zahnstange am unteren Ende die Dampffüllung des Zylinders und damit deren Leistung. Bei der Dampfturbine mit ihrer hohen Drehzahl über 7.000 Umdr./min. ist das schwieriger zu erkennen. Hier wird (vermutlich hydraulisch) ein Kolben gegen Federkraft verschoben und damit der Querschnitt des Dampfeintritts verstellt.
Einleuchtend zu erklären ist der Fliehkraftregler mit der rechts bzw. oben abgebildeten Grafik (Quelle *5). Versuchen Sie es doch vor dem Weiterlesen mal selbst und vergleichen Sie dann Ihre Gedanken mit dem Ergebnis durch Klick unten:
.... weiterlesen zum Fliehkraft-Drehzahlregler
4. Der Drehstrom-Generator der "Wilhelmsmühle" in Züschen (Link folgt in Kürze)
Zumindest der – technikhistorisch betrachtet – seltene Drehstromgenerator der "Elektrizitäts AG vorm. Schuckert & Co. (E.-AG)" und der Drehstrommotor (für den Antrieb eines Gleichstrom-Generators zur Speicherung in Akkumulatoren, s. Abschnitte 5 und 6 unten) sind vermutlich spätestens Anfang 1903 gebaut worden, denn am 01.04.1903 ging die Nürnberger E.-AG mit Siemens & Halske in Berlin einen Zusammenschluss als zunächst der Siemens-Schuckertwerke GmbH (SSW) ein, welche in 1927 in eine AG umgewandelt und 1966 in die Siemens AG integriert wurde. Es war und ist nicht üblich, auf Erzeugnissen Leistungsschilder mit veralteten Firmenbezeichnungen anzubringen, ist aber auch nicht auszuschließen. Extrem selten ist der Generator heute wegen dessen axialer Polbildung zur Magnetfelderzeugung, welche im Stator durch Rotordrehung die drei verketteten, um 120° versetzten Wechselspannungen erzeugt.
Es handelt sich um eine Klauenpolmaschine, welche anfänglich den noch niedrigen Drehzahlen höherpolige Synchrongeneratoren für die sich durchsetzende Standardfrequenz 50 Hz erforderten. Einzelpolwicklungen und deren Isolierungen mit den damals zur Verfügung stehenden Materialien benötigten erheblich mehr Raum als später und höhere Drehzahlen mit niedrigerer Polzahl waren noch nicht möglich. Konzentrisch um die Generatorwelle wurde nur eine Spule gewickelt, die aufgrund der Induktionsgesetze z.B. links den magnetischen Nordpol mit den austretenden (hier rot) und rechts den Südpol mit den eintretenden Feldlinien (hier grün) bildete. Über die "Klauen" wurde das rotierende Magnetfeld (N / S abwechselnd) in den Stator mit erheblichen Streufeldern geleitet (Grafik, Quelle *6). Was ist nun eine dreiphasig verkettete Wechselspannung, die einen ebenfalls dreiphasig verketteten Wechselstrom durch einen dafür geeigneten Verbraucher wie einen Motor treiben kann und vom AEG-Chefingenieur Michael O. von Dolivo-Dobrowolsky "Drehstrom" genannt wurde? Und wie wird die Spannung erzeugt?
.... weiterlesen zum Drehstrom-Generator (Link folgt in Kürze)
5. Die Generator-/Einspeise-Schalttafel im "Unteren Stauweiher" bzw. der "Wilhelmsmühle" (Link folgt nach Aufstellung und abschließender Bild-/Texterstellung)
6. Die Haupt-Schalttafel des "Ritterguts Züschen" und der "Wilhelmsmühle" (Link folgt in Kürze)
Die mysteriöse Elektrizität – genauer gesagt die Elektrizitätslehre – ist ein Teilgebiet der Naturwissenschaft Physik, allein schon daher vielen Schülerinnen und Schülern schwer greifbar. Apropos: "greifbar"! Man sieht die Elektrizität nicht, man hört sie nicht. Aber greifbar? Das könnte lebensgefährlich sein. Und daher wurden schon sehr früh alle Geräte, die der Messung und Schaltung von Spannungen und Strömen dienten, auf einer isolierenden Tafel aufgebaut. Und dies war zu Beginn der Elektrifizierung in unseren Städten der dekorative Marmor. Große Schalttafeln in den Kraftwerken unserer Städte, wie z.B. der ersten Drehstrom-Schaltzentrale Lauffen am Neckar für die Internationale Elektrotechnische Ausstellung 1891 in Frankfurt, oder in Maschinenhäusern von Bergwerken, wie z.B. der Zeche Zollern in Dortmund, waren absolut "state of the art".
Für die Haupt-Schalttafel im "Rittergut Züschen", aufgebaut im Büro des Gutsverwalters und umgeben von einer auf Distanz haltenden Schranke, galt das auch. Aber waren sie und alle Aufbauten auch zur Sicherheit der Mitarbeiter und Besucher "nicht greifbar"? Alle Anschlüsse der Messgeräte für die nicht schaltbare Einspeisung des aus der "Wilhelmsmühle" kommenden Drehstroms lagen offen, ebenso die Messgeräte für den im Rittergut aufgestellten Drehstrom-/Gleichstrom-Umformersatz und des damit erzeugten Gleichstroms. Rechts bzw. oben ist ein Gleichspannungsmesser der Fa. Elektrizitäts-Aktiengesellschaft vormals Schuckert & Co. (E-AG) in Nürnberg abgebildet, der u.a. beim Laden der Akkumulatorenanlage 2 erforderlich war, um die Spannung des Gleichstrom-Dynamos vom Umformersatz etwas höher als die Spannung des Akkus einzustellen, weil sonst kein Ladestrom in den Akku floss.
Die Schaltgeräte mit Spannungen bis 500 V für den Drehstrom, ebenso die für den Gleichstrom bis etwa 160 V waren frei zugänglich, hatten also nach heutiger Definition die Schutzart IP 00, "Schutz gegen nichts". Der links abgebildete, auch von der E-AG hergestellte Schalter für Drehstrom wurde für die Spannungszuschaltung des DS-/GS-Umformersatzes verwendet. Er ist zur besseren Betrachtung auf dem Rollwagen rechts neben der Haupt-Schalttafel montiert. Alle Schalter waren als reine Trennschalter nicht geeignet, zur lichtbogenfreien Stromkreis-Unterbrechung genutzt zu werden, hiervon vielleicht ausgenommen die beiden Unterstrom-Auslöser für die Akkumulatoren-Ladung. Die beiden großen – links und rechts angeordneten – Doppelzellenschalter für die Zu- und Abschaltung einzelner Akkuzellen sind unter Lichtbogenzündung beim Auf- oder Entladen der Akkuzellen betrieben worden und weisen Materialabbrand auf. Dies vorweg bemerkt jetzt zu den Einzelheiten.
.... weiterlesen zu den Marmor-Schalttafeln (Link folgt demnächst)
7. Der Drehstrom-/Gleichstrom-Umformersatz des "Ritterguts Züschen" (Link folgt demnächst)
Über mehr als einige Kilometer ließ sich Gleichstrom mit der seinerzeit üblichen Verbraucherspannung von 110 Volt im ausgehenden 19. Jahrhundert wirtschaftlich nicht übertragen, die Leitungsverluste waren zu hoch. Mittel der Wahl war in den USA zunächst einphasiger hochgespannter Wechselstrom (George Westinghouse mit 3.000 V, ca. 133 Hz), aber dafür gab es keine selbst anlaufenden verschleißarme Motoren. Auch zweiphasiger Wechselstrom löste das Anlaufproblem nicht (Nikola Tesla mit G. Westinghouse, 60 Hz).
Erst der 1891 auf der Internationalen Elektrotechnischen Ausstellung (IEA 1891) in Frankfurt von der AEG mit Michael O. v. Dolivo-Dobrowolsky vorgestellte Drehstrom, seinerzeit mit 40 Hz, ermöglichte weitgehend verschleißfreie Motoren, im Gegensatz zu den etablierten Gleichstrom-Motoren wirtschaftlich jedoch nur in Drehzahlstufen wie z.B. 1 : 2 (Dahlanderschaltung) darstellbar, stufenlos in einem begrenzten Drehzahlbereich über Widerstände verlustbehaftet im Stator- oder Rotorkreis. Aber bestehende und neue Anlagen mit 110 V und weitgehend in Drehzahl (Ankerspannung) und Drehmoment (Reihen- oder Nebenschluss-Schaltung bzw. Feldstromreduzierung) verstellbaren Gleichstrommotoren mussten weiterversorgt werden können. So entstanden rotierende Umformersätze mit antreibenden Drehstrommotoren und Gleichstrom erzeugenden Dynamomaschinen für unterschiedlichste Betriebsweisen. Rechts bzw. oben ist der Drehstrom-Schleifringläufermotor von E-AG in Nürnberg von der Schleifringseite abgebildet. Die Anschlüsse führten zum Anlasser in der Mitte des Bildes darüber.
.... weiterlesen zu dem Umformersatz (Link folgt demnächst)
8. Akkumulator-Anlagen des "Ritterguts Züschen" (Link folgt demnächst)
Akkumulatoren für die Speicherung elektrischer Energie in lokalen Wasser-Kraft-Anlagen (WKA) wie in der 1893 errichteten "Wilhelmsmühle" an der nordhessischen "Elbe" mit sehr begrenzter Generatorleistung von 20 kVA bzw. vermutlich 16 kW – stets ausreichenden Wasserstand und dauernden Zufluss vorausgesetzt – für die Verwendung im Jagdschloss Garvensburg und Rittergut Züschen kann sich kaum ein Leser dieses Artikels noch vorstellen. Dies gilt auch für den erheblich größeren Speicher im "Meßhaus" an der Stelle des heutigen Kasseler Rathauses für die 1891 erbaute WKA "Neue Mühle" an der Fulda und erlebt hat diese sicherlich keiner, auch der Autor nicht. Denn Standard wurden anstelle völlig offener Blei-Akkumulatoren mit Aufladung bis zum "Kochen" der verdünnten Schwefelsäure (Quelle, *X) später andere Ladecharakteristiken in dann gut be- und entlüfteten Batterieräumen, die ein Betreten ohne einen heftigen Hustenreiz ermöglichten.
Grundsätzlich kann der umgangssprachlich "Bleibatterie" genannte Akkumulator, kurz Akku, als bekannt vorausgesetzt werden, denn in unseren Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor wird er als Starterbatterie für den Anlasser wie auch zur Versorgung aller anderen Verbraucher bei nicht laufendem Motor genutzt. Dennoch wenige Sätze hierzu (Zitat, *7):
"Ein Bleiakkumulator besteht aus einem säurefesten Gehäuse und zwei Bleiplatten oder Plattengruppen, von denen die eine als positiv und die andere als negativ gepolte Elektrode dienen, sowie eine Füllung von 37-prozentiger (Massenanteil) Schwefelsäure (H2SO4) als Elektrolyt. Bei der handelsüblichen Ausführung sind die Elektrodenplatten dicht ineinander geschachtelt, dazwischen befinden sich Separatoren zum Beispiel aus perforiertem, gewelltem Polyvinylchlorid (PVC), die eine direkte gegenseitige Berührung (Kurzschluss) verhindern. Die Anschlüsse und Verbindungslaschen bestehen unter anderem bei Starterbatterien aus metallischem Blei. Im entladenen Zustand lagert sich an beiden Elektrodengruppen eine Schicht aus Bleisulfat (PbSO4) ab. Im aufgeladenen Zustand haben die positiven Elektroden eine Schicht aus Blei(IV)-oxid (PbO2), die negativ gepolten Elektroden bestehen aus mehr oder weniger porösem Blei".
In der seinerzeitigen Ausstellung der Anlagenkomponenten im Museum für Astronomie und Technikgeschichte in der Kasseler Orangerie, heute wieder Astronomisch-Physikalisches Kabinett (APK) waren Teile der Akkumulatorenanlagen nicht enthalten. Wir haben uns entschieden, wegen der aus Blei gefertigten beiden Elektroden (s. Bild rechts bzw. oben mit der positiven Elektrode) diese durch 3D-Drucke zu ersetzen und damit nur symbolisch in drei Gefäßen auch kindersicher auszustellen.
.... weiterlesen zu den Akkumulator-Anlagen (Link folgt demnächst)
9. Berechnungen und Erläuterungen zu Turbinen, Generatoren und Motoren (Link folgt demnächst)
In diesem Artikel erläutern wir die Berechnung der Turbinenleistung, der Polzahlen von Synchronmaschinen und der Leistung aus Spannung und Strom. Weiterhin zeigen wir den Zusammenhang zwischen Leistung, Drehmoment und Drehzahl sowie zwischen Wirk-, Blind- und Scheinleistung. Außerdem erfolgen Angaben zu den Messprinzipien Drehspule und Dreheisen mit ihrem jeweiligem Zubehör zur Messbereichserweiterung. Eventuell schließt den Artikel ein Abschnitt zu den Drehstrommotoren ab.
Die Berechnung der Turbinenleistung erfolgt aus der fließenden Wassermenge je Sekunde und deren Fallhöhe vom Oberwasserspiegel bis zum Druckabbau vor dem Unterwasserspiegel anhand der Formel PT = ηT * ρH2O * g * h * V . Wir erläutern die einzelnen Parameter, dies erleichtert das Verständnis der auf den Zeichnungen zur wasserrechtlichen Genehmigung der Turbinenanlagen genannten Auslegungswerte des beauftragten Ingenieurbüros Heinrich Leithäuser aus Kassel, der in Züschen als Sohn des Mühlenbesitzers Leithäuser geboren wurde.
Danach gehen wir auf den Zusammenhang zwischen Polpaarzahl eines Generators bei einer gewünschten Frequenz anhand der Formel p = 60 * f / n ein und benennen in einer Tabelle für die Frequenzen 50 Hz (fast weltweit gewählt) und 60 Hz (z.B in USA und dem Nordosten Japans) die erforderlichen Werte bei gewünschten Drehzahlen.
Die beiden Grafiken oben links und rechts zeigen die sinusförmigen Spannungsverläufe mit Effektiv- und Spitzenwert des Drehstrom-Synchrongenerators der "Wilhelmsmühle" und die Ermittlung der drei miteinander verketteten Wechselspannungen zum Drehstromsystem (Grafiken *8).
Und dann gibt es dort auch noch eine technisch korrekte Erklärung der Begriffe Wirk, Blind- und Scheinleistung im Wechsel-/Drehstromsystem. Eine sehr einleuchtende, insbesondere abends in der Hauptstadt der Waschbären wirkende Alternative liefern wir bereits hier links (Grafik *9).
.... weiterlesen zu den Berechnungen und Erläuterungen ..... (Link folgt demnächst)
Text und nicht besonders gekennz. Bilder: Wolfgang Dünkel, VDE Kassel und TMK
(last update 02.07.2025)
Hier finden Sie eine verlinkte Auflistung unserer seit Oktober 2020 vorgestellten Objekte des Monats.
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Grafik-, Bild- und Textquellen bzw. -zitate:
*1: Schloss Garvensburg, Schloss Garvensburg – Wikipedia, gemeinfrei
*2: Züschen - zwischen Waldecker Stern und Mainzer Rad, Gerhard Warnecke, Verkehrsverein Züschen, 1992
*3: HESSISCHES LANDESARCHIV, Hessisches Staatsarchiv, Signatur HStAM Best. 401,35, Nr. W1006, bearbeitet von Wolfgang Dünkel, VDE Kassel und TMK
*4: Leitschaufelverstellung, https://de.wikipedia.org/wiki/Francis-Turbine#/media/Datei:Francis_Turbine_High_flow.jpg, ursprünglich hochladender Benutzer war Stahlkocher in der Wikipedia auf Deutsch
*5: Fliehkraftregler, https://de.wikipedia.org/wiki/Fliehkraftregler#/media/Datei:Fliehkrafregler.PNG, gemeinfrei
*6: Klauenpolrotor, https://de.wikipedia.org/wiki/Lichtmaschine#/media/Datei:Rotor_der_Klauenpolmaschine.png, gemeinfrei
*7: Bleiakkumulator, https://de.wikipedia.org/wiki/Bleiakkumulator
*8: Spannungs- und Vektor-Grafiken im Abschnitt 9, Helmut Lotz, VDE Kassel und TMK
*9: "Scheinbare" Grafik, www.vde-kassel.de/hsg-kassel
*10: Züschen vor 1939, Foto-Marburg, https://www.bildindex.de/document/obj20382839?part=0&medium=fm1527476