Motoren zijn werktuigen om een natuur- of een natuurlijke kracht in een voor techniek en nijverheid bruikbaren vorm van arbeidsvermogen, hier speciaal mechanisch arbeidsvermogen, dus drijfkracht, om te zetten.
De belangrijkste motor is thans de stoommachine (zie onder stoom). De oudste motoren, reeds aan de volken der oudheid bekend, waren windmolens en waterwielen, ook thans nog, in verbeterde constructie in gebruik. De waterwielen, in de eerste plaats de bovenslagswaterwielen, werken met een buitengewoon groot nuttig effect, laatstgenoemde soort kan een nuttig effect van 90 pCt. hebben. Bij dezen motor komt het water van boven of bijna geheel van boven in het wiel; men moet dan de beschikking hebben over een tamelijk groot waterverval. Heeft men slechts de beschikking over een klein waterverval, dan gebruikt men het onderslagswaterwiel. Verder kent men nog het terugslagwaterwiel, waarbij het water even boven de halve hoogte van het wiel daarin komt; het Ponceletwiel, waarin het water beneden de halve hoogte, zonder stoot geleid wordt, en dan niet alleen door zijn gewicht, doch ook door zijn levendige kracht op de eigenaardig gevormde schoepen van het wiel werkt. Om deze laatste reden noemt men het Poneeletwiel ook wel eens een verticale turbine, want het kenmerkend onderscheid tusschen een waterwiel en een turbine is, dat het water bij den eerstgegenoemden motor ten opzichte van de schoepen van het wiel in een toestand van rust verkeert, en ten opzichte van de schoepen van een turbine in beweging is, dus dan ook door zijn levendige kracht werkt.
Andere bekende soorten waterwielen zijn nog het Sagebienwiel, dat zeer groote afmetingen heeft, vooral een groote breedte van den krans van het wiel en verder een groot aantal scheefstaande, geknikte, van een voorstuk voorziene, of een weinig gebogen schoepen. Het water werkt hierbij slechts door zijn gewicht. De wielkrans is soms gesloten, soms open, wat de zijkanten betreft, doch loopt in het laatste geval dicht langs het metselwerk der leiding.
Een uitstekend klein waterwiel, dat ook met zeer kleine afmetingen voordeelig werkt, en door een huiswaterleiding gedreven kan worden, is het Peltonwiel, dat in de laatste jaren, vooral in Amerika, grooten opgang maakt.
Hiermede hebben wij de voornaamste typen van waterwielen genoemd, er bestaan echter nog verscheidene andere soorten.
Een turbine is insgelijks een watermotor, hoewel er tegenwoordig ook door stoom gedreven turbines, bijv.: de Laval-turbine, bestaan. Wat het kenmerkend verschil is tusschen een waterwiel en een turbine gaven wij reeds aan onder waterwielen. Verder staat de as van een turbine (het besproken Ponceletwiel buiten beschouwing latende) steeds vertikaal. Turbines bestaan in hoofdzaak uit de inrichting waardoor het water in het draaiende wiel wordt toegevoerd, (in een gedeelte of in het geheele wiel), en dit draaibare, horizontale wiel zelf, dat met gebogen schoepen is uitgerust, en een verticale as heeft, waardoor de beweging verder wordt overgebracht.
Er bestaan 2 soorten turbines; die waarbij het water in radiale richting, en die waarbij het water in de richting der as op het bewegelijke wiel werkt. Ook onderscheidt men hen naar de manier waarop het toestel werkt, in drukturbines, waarbij de mechanische arbeid door de levendige kracht van het water wordt opgewekt, en reactieturbines, waarbij de mechanische arbeid niet alleen door de levendige kracht van het water wordt opgewekt, doch ook door de persende werking van de waterkolom.
De meeste turbines hebben een vast staand leidingstoestel, dat met gebogen schoepen het water in het loopwiel leidt. Komt het water in den geheelen omtrek van het loopwiel, dan noemt men de turbines volturbines; komt het slechts in een of enkele gedeelten van het loopwiel, dan gebruikt men den naam partiaalturbines.
Reactieturbines kunnen zoowel in het water als in de lucht werken, doch partiaalturbïnes mogen slechts in de lucht worden opgesteld.
Bij reactieturbines is het onverschillig of het water op de turbine drukt, of daaronder zuigend werkt. Deze turbines worden dan ook dikwijls 6 a 8 m. boven den beneden-waterspiegel aangebracht.
Turbines hebben een zeer groot nuttig effect, en men verkiest hen vooral in die gevallen boven waterwielen, waar men een groot aantal omwentelingen per minuut, zonder een groote reductie der snelheid wil overbrengen (turbines draaien nh zeer snel).
De watertoevoer geschiedt door kanalen, bij hooge vervallen door ijzeren buizen.
Goede radiaalturbines zijn die van Fourneyron, die van Francis en de Schotsche turbine.
Goede turbines, waarbij het water in de richting der as wordt aangevoerd, zijn die van Henschel-Jonval, de Fontains-turbine, de Girard-turbine, en die van Hanel.
Men kent ook nog andere hydraulische motoren, die door den druk van een waterkolom werken, en waarbij, even als bij de stoommachine, in een cylinder een zuiger heen en weer bewogen wordt.
Tot de windmotoren behooren de bekende windmolens, ook de Amerikaansche windmolens, die ook in Europa het burgerrecht beginnen te krijgen, en waarbij de bewegende kracht van den wind werkt op een wind wiel, dat door een meer of minder groot aantal, straalsgewijs geplaatste wieken, die een zekeren schuinen stand of kromming hebben, gevormd wordt.
Het aantal soorten ontploffingsmotoren, die tegenwoordig bestaan, en die vooral in de klein-industrie, in automobielen, motorbooten enz. goede diensten bewijzen, is tegenwoordig legio. Deze motoren werken door dat men in een besloten ruimte, die door den cylinderwand en den zuiger gevormd wordt, een ontplofbaar gasmengsel doet ontploffen, waardoor de zuiger weggeslingerd wordt. Tot deze rubriek behooren: de oudere gaskrachtmachinesy de spiritus- of alcoholmotoren, de benzinemotoren, sommige olie- en petroleummotoren enz. In al deze motoren wordt een ontplofbaar mengsel, dat uit lucht en lichtgas, resp. alcoholdampen, dampen van petroleum en olie, benzine enz. bestaat, op eenigerlei wijze in den cylinder ontstoken. Deze ontsteking kan op verschillende manier plaats hebben, bijv. door een eleetrische vonk, (als voorbeeld noemen wij hier den benzinemotor van de Dion voor automobielen), door een gloeibuisje, dat aan den cylinder zit, door een open vlam, en ten slotte ook door een voldoend hooge temperatuur van den cylinder zelf.
In dit laatste geval moet voor het in werking brengen van de machine, de cylinder voorgewarmd worden.
Van de gasmotoren noemen wij bijv. de Ottomotoren en Kortings-gaskrachtmachines, in de eerste plaats dienen echter genoemd te worden de talrijke typen van de „Gasmotorenfabrik Deutz” te Deutz bij Keulen. Hieronder zullen wij een beschrijving van een der motoren van deze fabriek geven, maar wijzen eerst nog op de zuiggasmotoren van laatstgenoemde firma, machines, die ook in Nederland reeds volkomen het burgerrecht hebben verkregen, vooral voor polderbemalingen. Bij deze motoren behoort een eigen inrichting voor het opwekken van het gas uit kolen (de generator). Deze generator is door een buis met een scrubber verbonden, en dit laatstgenoemde toestel, een reinigingstoestel, is weer aangesloten met een klein gasreservoir, waaruit de machine haar gas aanzuigt. Van daar dat men spreekt van 2wi£gasmotoren. Aan gasmotoren, die met gewoon lichtgas werken, wordt het gas reeds onder druk toegevoerd. Zuiggasmotoren werken dus onafhankelijk van een gasfabriek, kunnen daarom ook op het platte land gebruikt worden.
De gaskrachtmachines hebben een groote toekomst. Zij werken economisch en hebben geen gevaarlijken stoomketel noodig. Waren het vroeger kleine motoren, thans werkt men met gasmotoren, die, wat vermogen betreft, niet voor stoommachines behoeven onder te doen. Als voorbeeld van een modernen gasmotor, kan de dubbelwerkende viertaktmotor van de „Gasmotorenfabrik Deutz” ons van dienst zijn.
Voor groote motoren heeft de Deutzer fabriek zich speciaal op de constructie van dubbelwerkende gaskrachtmachines toegelegd, en heeft hierbij zich ook aan den beproefden Ottoschen viertakt gehouden (dus eiken vierden slag verricht dan arbeid). Daaraan is niet alleen het voordeel van groote eenvoudigheid, doch ook van een groot nuttig effect verbonden. Verdere voordeelen zijn, dat de machine weinig plaatsruimte vereischt, dat men een goed overzicht over haar heeft, en dat zij gemakkelijk toegankelijk is, bijgevolg is deze machine voor ieder bedrijf, een goede motor, die bij een gering aantal omwentelingen en een groot vermogen, zeer vertrouwbaar werkt en daarbij weinig brandstof en smeermiddelen vereischt.
De motor gelijkt uiterlijk op een horizontale stoommachine met stoomverdeeling door middel van kleppen. De arbeid wordt verricht aan beide zijden van den zuiger (van daar dat de machine dubbelwerkend is). Door ondersteuning van den doorloopenden zuigerstang achter aan de machine, wordt de zuiger ontlast.
De inrichtingen voor het in- en uitstroomen van het mengsel (van gas en lucht) zijn boven elkaar aangebracht, en gemakkelijk van de machine te nemen. De instroomklep is verbonden met een luchtschuif en een gasklep. Alle drie deze organen openen en sluiten zich gelijktijdig, en de daardoor ontstaande openingen zijn wat hare dwarsdoorsneden aangaat bijgevolg steeds met elkaar evenredig. De regeling heeft aldus plaats, dat het steunpunt van den hefboom, waardoor de instroomklep geopend wordt, door den regulator versteld wordt. Daar bij gesloten instroomklep tusschen de als steunpunt dienende rol en den instroomhefboom een geringe tussehenruimte voorkomt, zoo kan de regulator zich vrij bewegen. Slechts gedurende de instroomperiode, dus slechts gedurende V4 gedeelte van het werk, wordt de hefboom van den regulator belast, en laatstgenoemde vastgehouden. Er is goed voor gezorgd, dat de hefboom nooit op de rol uitglijden kan.
Deze reguleering maakt, terwijl de onderlinge verhouding tusschen de lucht en het gas van het mengsel, hetwelk in den cylinder gelaten wordt, bijbehouden wordt, dat slechts de spanning, dus de hoeveelheid, verandert, waardoor men een veel gunstiger brandstofverbruik verkrijgt, terwijl er minder van de machine gevergd wordt dan bij de tweetakten de oudere viertaktmachines.
De cylinder is een eenvoudige gladde buis, die daarom zeer hard en gelijkmatig vervaardigd kan worden, en gemakkelijk te verwisselen is. De zuiger wordt door water koel gehouden, doordat het koelwater door den hollen zuigerstang, waarin zich nog een afscheidende buis bevindt, toe- en afgevoerd wordt. De pakkingbussen zijn door veerende gegoten ringen afgedicht, en worden eveneens door water koel gehouden.
Dat de gaskrachtmachines tegenwoordig niet uitsluitend meer kleine motoren zijn, blijkt o. a. ook uit het feit dat bovengenoemde fabriek reeds sedert geruimen tijd in hare eigen werkplaatsen een motor van 200 pkr. van het hierboven beschreven type met succes gebruikt. Verder leverde de fabriek ook reeds dergelijke motoren met een vermogen van 300, 500, 600 en 1000 paardekracht.
Oliemotoren
Een goede oliemotor is de Diezel-motor, een verbrandingsmotor (dus geen ontploffingsmotor) hier te lande gefabriceerd door de Nederlandsche Fabriek van Werktuigen en Spoorwegmaterieel te Amsterdam.
De Diezel-motor wordt gefabriceerd in elke grootte van 8—200 pkr. als eewcylindrische machine, van 30—400 pkr. als ^eecylindrische machine. Hij werkt met alle soorten van vloeibare brandstof en is steeds werkvaardig. Het in gang zetten geschiedt eenvoudig, zonder gevaar. Eenvoudig is ook de bediening, inwendige reiniging is nooit noodig; het uitlaten van gas geschiedt reukeloos en onzichtbaar. Voor ontsteking is geen vlam of andere bepaalde ontstekingsinrichting noodig. Voorwarming vervalt; ook oliën met hooge ontvlammingstemperatuur zijn te gebruiken.
Gevaar voor brand of ontploffingen bestaat hier niet. De brandstofkosten bedragen gemiddeld 0,15 tot 0,9 cent per eff. pkr. uur. De Diezelmotoren leveren dus goedkoope drijfkracht, ook voor lichtfabricage enz.
De motor is enkelwerkend van het viertaktsysteem. Elke vierde slag verricht dus arbeid. Hij werkt als volgt:
1°. Eerste voorwaartsbeweging van den zuiger: aanzuigen van lucht.
2°. Eerste terugslag zuiger: samenpersing dezer lucht, waardoor zij verwarmd wordt.
3°. Tweede slag voorwaarts zuiger (arbeidsslag), langzame invoering der heete lucht in. cylinder door luchtpomp en inblaasreservoir voor samengeperste lucht, Langzame verbranding der olie gevolgd door expansie.
4°. Tweede terugslag zuiger: verwijdering verbrandingsproducten uit cylinder.
De arbeidscylinder is van onderen open, vam boven door een deksel gesloten. In dit deksel zijn de regelende deelen: exhaust-, lucht-, zuig- en brandstofklep, en ook die voor het aanzetten met gecomprimeerde lucht. De zittingen der kleppen zijn geslepen. Voor het sluiten der kleppen dienen onronde schijven, voor het openen veeren. Deze schijven zitten op een gemeenschappelijke as, die eens omwentelt tegen de krukas twee keer. Cylinder en deksel worden door water afgekoeld.
De brandstofpomp brengt de steeds benoodigde brandstof in de brandstofklep. Bij dezen motor wordt de brandstof met samengeperste lucht uit de luchtpomp vermengd, en gaat dan naar den arbeidscylinder. De luchtpomp perst vooraf de lucht samen, zuigt haar uit den arbeidscylinder, en perst haar tot een spanning noodig voor inblazing der' brandstof. Dit heeft groote vereenvoudiging tengevolge. De luchtpomp kan bijv. 14 maal kleiner genomen worden. Door samengeperste lucht zet men den motor aan; de luchtpomp levert ook deze lucht, die in reservoirs‘wordt bewaard.
De voordeelen van den motor blijken uit de indicateur-diagrammen. Deze vertoonen nergens plotselinge verandering van druk, dus steeds geleidelijke overgangen, waaruit volgt: rustige gang en weinig slijting. Verdere voordeelen zijn: dat al het arbeidsvermogen in den arbeidscylinder wordt opgewekt, en dat de ontsteking geschiedt door de verhitte lucht in dezen cylinder, de verbranding geschiedt daardoor langzamerhand, zonder drukverhooging, resp. ontploffing, van daar rustige gang. Toch vervalt voor regeling niet tijdelijke brandstoftoevoer, doch wordt meer of minder brandstof toegevoerd. De motor is daardoor bizonder voor het drijven van dynamos geschikt.
De motor werkt steeds volkomen vertrouwbaar. Voor de bediening is geen vakman noodig, ook is geen voortdurend toezicht vereischt, en het smeren geschiedt automatisch. Door de volkomen verbranding geen vervuiling, zoodat schoonmaken vervalt.
Het brandstofgebruik is geringer dan dat van eiken anderen motor, 35% der voorhanden warmte levert eff. arbeid.
Niet alleen lampenpetroleum is voor den motor geschikt, doch ook goedkoopere, moeilijk ontvlambare, vooral ook ruwe olie, ruwe naphta, solarolie, gasolie enz.
De motor vereischt weinig plaatsruimte, is dus overal gemakkelijk, ook onder bewoonde lokalen, op te stellen, hij is niet afhankelijk van een centrale krachtbron, en hij vereischt slechts weinig koelwater, n.l. circa 10 liter bij groote, tot circa 15 liter bij kleine per eff. pkr. per uur; de inlaattemperatuur daarbij aangenomen op 10° C, de uitlaat- op 70° C.
De deugdelijkheid van den Dieselmotor bleek door jaren achtereen bij het practisch bedrijf genomen proeven, en wordt door autoriteiten, als Prof. E. Meyer van Charlottenburg, en Prof. G. von Doepp te St. Petersburg bevestigd.
Heete-luchtmotor
De werking dezer motoren berust op het principe, dat een lichaam zich uitzet wanneer men het verwarmt, en weer een kleiner volume aanneemt, wanneer er warmte aan onttrokken wordt. Verhindert men nu dit lichaam om deze bewegingen uit te voeren, zoo tracht het de hindernissen onder ontwikkeling van kracht te overwinnen. Van eene practische toepassing hiervan werd nu voor den heete-luchtmotor gebruik gemaakt.
In dezen motor moet dus het volgende plaats hebben: Ten eerste moet in den cylinder lucht verwarmd en een zuiger voorwaarts gedreven worden. Daarna moet de lucht zich weer samentrekken en de zuiger in een richting, tegengesteld aan die van zoo even, terug bewogen worden. Ten derde moet de heenen weergaande beweging van den zuiger op geschikte manier in een draaiende beweging worden omgezet.
De meest bekende heete-luchtmotoren zijn de Ridersche (van Amerikaansch systeem), die o. a. door Alexander Monski te Eilenburg gefabriceerd worden. Hier te lande worden ook heete-luchtmotoren gefabriceerd, o. a. door de machinefabriek D. P. H. Hasselman te Amsterdam en „Drakenburgh” te Utrecht.
Electrische motoren
Door de electrische motoren wordt electrische energie in mechanisch arbeidsvermogen omgezet. Het doel waarvoor zij gebruikt worden is dus juist het omgekeerde van dat der dynamo’s, waardoor mechanisch arbeidsvermogen in electrische energie moet worden omgezet, (zie ook onder Electriciteit). Men kan nu ook een dynamo in tegengestelde richting doen draaien en haar als motor gebruiken. Dit deed men ook vroeger. Later ontstonden er echter voor de motoren afzonderlijke constructies, die in hoofdzaak wel met een dynamo overeenkomen, doch in kleinigheden daarvan afwijken.
De voor de techniek en nijverheid bruikbare electrische motoren bestaan in hoofdzaak uit een roteerend gedeelte, het anker, dat zich tusschen electro-magneten (klossen), die door den toegevoerden electrischen stroom magnetisch worden gemaakt, beweegt, daar de electrische magneten een aantrekkende werking op het draaibare anker uitoefenen. De electrische motor is dus een roteerende motor, die zich om verschillende redenen, even als een dynamo, met groote snelheid moet bewegen. Dit eerste is een voordeel, want nu kan het anker direct op een as worden aangebracht, zoodat hier niet even als bij de stoommachine een heen- en weergaande beweging in een draaiende moet worden omgezet. Het groote aantal omwentelingen per seconde (600 a 1000 per minuut) is echter een bezwaar, want nu moet in de meeste gevallen een drijfwerk van kamwielen worden aangebracht om de snelheid der beweging te reduceeren.
Electrische motoren werken met een groot nuttig-effect, dus zeer economisch wanneer de prijs van den stroom niet te hoog is. Zij nemen weinig plaatsruimte in beslag, en kunnen dus overal gemakkelijk opgesteld worden.
Men kent zoowel gelijkstroom- als draaistroom- en wisselstroommotoren. Men ventileert de motoren om hen koel te houden. Ook onderscheidt men gesloten en open motoren.
Een groot voordeel van de electrische energie is, dat dit arbeidsvermogen langs geleidingen verdeeld kan worden, en de kleine electrische motoren toch ook economisch werken. Daardoor toch wordt bijv. electrische exploitatie van spoor- en tramwegen mogelijk, en daardoor worden wij ook in staat gesteld in machinefabrieken, spinnerijen, weverijen enz,, de voor het bedrijf gebruikte werktuigen ieder afzonderlijk door een electrischen motor te drijven. Dit systeem werkt niet alleen economisch, doch daardoor vervallen tevens tal van drijfriemen, riemschijven en drijfassen, die niet alleen de' vrije toetreding van het licht belemmeren, doch die ook steeds gevaar voor het personeel doen ontstaan.
