DE1251C - Dynamometer - Google Patents

Description

1S77.

Klasse 42.

HERMANN KlLLICHES in LEMBERG. Dynamometer.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 12. August 1877 ab. Längste Dauer: 23. Mai 1891.

Der Apparat dient zur Angabe der von den .Locomotiven beim Zugdienst ausgeübten Leistungen in Hectometer-Tonnen ausgedrückt und wird zwischen dem Tender und dem ersten Wagen an Stelle der Schraubenkupplung in den Zughaken eingehängt. . -

Eine Schnur, welche über eine auf der Tenderaxe aufgekeilte Seilscheibe geht, und durch eine Spannvorrichtung h (Fig. 7) die Spannung erhält, vermittelt den Antrieb des Apparates bei der Fortbewegung des Zuges. Mittelst einer Hebelübersetzung wirkt die Zugkraft auf eine Spiralfeder (Fig. 1), bei deren Ausdehnung ein Schieber α bewegt wird, welcher einem Rädchen b, das auf einer vierkantigen Axe c (Fig. 2) verschiebbar ist, zur Führung dient.

Auf dieser Axe c ist eine Schraube befestigt, die · in ein auf der Spindel eines Zahl-Apparates befestigtes Schneckenrad eingreift (Fig. 6). Die Scheibe s (Fig. 2) ist in einer Büchse, auf welcher eine Schnurscheibe (Fig. 3 und 4) aufgekeilt ist, nach der Axenrichtung verschiebbar, wird durch eine schwache Spiralfeder an das Rädchen b leicht angedrückt und durch eine Schnur von der Tenderaxe aus in Drehung versetzt. Zur Vermehrung der Reibung ist die Scheibe s mit einem Leder- oder Gummi-Ueber-'zug; versehen. Ist die Zugkraft Null und die Feder in Ruhe, so berührt das Rädchen b die Scheibe s genau in ihrem Mittelpunkte. Es ist deshalb die Länge der Zugstange, die den Schieber α bewegt, durch zwei Muttern verstellbar. In diesem Falle kann bei fortschreitender Bewegung der Scheibe ^ eine Drehung des'. Rädchens b nicht stattfinden. Wird hingegen die Feder gespannt, so wird das Rädchen b aus: seiner Mittellage verschoben, bei der Umdrehung der Scheibe s durch die Friction mitgenommen und um so schneller gedreht, je mehr es, sich von seiner ursprünglichen Lage entfernt hat. Da seine Verschiebung, bezw. die Ausdehnung der Feder, in directem Verhältnifs zur Zugkraft steht, so ist ersichtlich, dafs auch die Umdrehungen des Rädchens b, welche durch den Zähl-Apparat gezählt werden, in directem Verhältnifs zur Zugkraft stehen.

Die Berechnung des Apparates ist nachstehende. Die Hebelübersetzung ist achtfach

(70 47 i\
-—.—-= — \. Für eine Zugkraft von 1 Tonne 188 140 SJ

= 1000 kg ist also die auf die Feder wirkende

Kraft

—-—
8

= 125 kg. Die Ausdehnung der Feder

beträgt für 125 kg Belastung 8 mm. Bei dieser

Ausdehnung wird das Rädchen α um 8 X

= 12,57 mm verschoben. Das Uebersetzungsverhältnifs der Welle c zum Zahl-Apparat durch das Schneckenrad ist 1:16. Die Einheiten der am Zähl - Apparat abgelesenen Zahlen sollen Hektometer - Tonnen sein. Der Durchmesser des treibenden Tenderrades ist zu 1 m angenommen. Für jeden Hektometer zurückgelegten Weges macht das treibende Rad, und bei gleichem Durchmesser der Schnurscheiben die Scheibe ί

31,8321=: ) Umdrehungen. Der Halbmesser

des Rädchens b, der mit r bezeichnet wird, mufs also derart gewählt sein, dafs die Spindel c bei einer Verschiebung des Rädchens b um 12,57 mm aus der Mittellage und bei 31,832 Umdrehungen der Scheibe s 16 Umdrehungen

macht. Es ist hiernach r= 12,57—'—— =25,oo8mm.

16

Der ausgeführte Apparat ist auf Grund dieser Voraussetzungen, nämlich einer Ausdehnung der Feder von 6,4 mm für 100 kg Belastung, sowie eines Raddurchmessers von 1 m construirt. Bei einer Abweichung der Federausdehnung ist es. möglich, eine Rectificirung durch Aenderung des Durchmessers des Rädchens vorzunehmen. Sollte jedoch der Durchmesser des treibenden Rades nicht gleich 1 m sein, so genügt es, die am Zähl-Apparat abgelesenen Zahlen mit einer Verhältm'fszahl, die gleich ist dem Durchmesser des Rades (in Metern) zu multipliciren, um die wirkliche Gröfsc' der effectiven Leistung zu erhalten.

Die Feder ist aus vorzüglichstem Materiale erzeugt. Ihre Inanspruchnahme beträgt bei dem ausgeführten Apparate bei einer Maximalzugkraft von 5500 kg, wo eine Stofsbcgrenzung stattfindet/ nicht ganz 700 kg, während ihre Tragfähigkeit innerhalb der Elasticitätsgrenze 800 kg beträgt.

' Die Riemschnur ist zur Vermeidung des Gleitens, um ein Aushängen der Schnur bei nicht gespannter Zugvorrichtung zu verhindern, mit einer Spannvorrichtung h versehen.'

Der nächstliegende Zweck des Apparates ist die Messung der von den Locomotiven ausgeübten Kraftleistungen zum Zwecke einer Prämirung der Brennstoffersparnifs. Die Feststellung der Prämien für die Brennstoffersparnifs bei Locomotiven ist immer mit erheblichen Schwierigkeiten verknüpft, weil nicht allein die Zuggeschwindigkeit und die Steigungs- und Richtungsverhältnisse der Bahnlinie Beachtung finden müssen, sondern nebstbei auch die Richtung der Frachtenbewegung, die Zusammenstellung des Zuges aus leeren oder beladenen Wagen, die Windrichtung, der Radstand und die Einrichtung der Schmiervorrichtungen der Wagen, der Zustand des Oberbaues etc. einen wesentlichen Einflufs auf den Zugwiderstand und den Brennstoffverbrauch üben, ohne dafs man in der Lage wäre, den Einflufs dieser einzelnen Factoren auf den Brennstoffverbrauch ziffermäfsig nachweisen zu können. Der vorliegende Dynamometer liefert das Mittel, alle diese Umstände mit Genauigkeit in Berücksichtigung zu ziehen, da derselbe die factische Leistung der Maschine anzeigt und diese bei einer bestimmten Kategorie von Maschinen in einem constanten und leicht zu ermittelnden Verhältnifs zum Brennstoffverbrauch steht. Die Versuche, welche mit Zeiger-Dynamometern zum Zwecke der Bestimmung der Zugwiderstände durch directe Messung gemacht wurden, konnten zu keinem Ziele führen, weil die stofsweisen Kraftwirkungen, welche durch die Kurbelbewegung entstehen, pendelartige Schwingungen des Zeigers verursachen und genaue Ablesungen unmöglich machen. Aufserdem ist zu berücksichtigen, dafs die bewegende Kraft in der Regel nicht im Gleichgewichte mit den Widerständen ist, denn es kommt vor, dafs auf Bahnstrecken, wo die Widerstände geringer sind, durch allmälige Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit ein Ueberschufs an lebendiger Kraft angesammelt wird, der später zur Ueberwindung vermehrter Widerstände ebenso allmälig aufgebraucht wird, was durch den Zeiger-Dynamometer nicht bemerkbar ist. Selbst bei geringer Zuggeschwindigkeit, bei • welcher man noch ziemlich genaue Ablesungen machen kann, bezeichnen diese nicht den wahren Werth der Widerstände. Es empfiehlt sich daher nicht die Zugkraft selbst, sondern unter Berücksichtigung der zurückgelegten Weglänge die wirkliche Leistung zu messen, aus welcher sich die richtigen Mittelwerthe des Zugwiderstandes durch Rechnung leicht ermitteln lassen. Die stofsweisen Einwirkungen der Kurbelbewegung, welche sich durch ihre. Raschheit der directen Beobachtung entziehen, finden bei diesem Apparate infolge seiner Empfindlichkeit in vollem Werthe Berücksichtigung.

Fig. 8 zeigt einen anderen Betrieb des Dynamometers von der Tenderaxe aus. Auf der letzteren ist eine, aus zwei Hälften bestehende Schraube aufgekeilt. Diese greift in ein Schneckenrad, das die Bewegung durch eine Spindel / auf den Dynamometer überträgt. Diese Spindel ist bei der Axe in einem aus drei Theilen bestehenden Güfsstück gelagert, welches auf der Tenderaxe hängt, durch eine Verlängerung m in der richtigen Lage der Spindel / erhalten wird und mit Schmierbüchsen versehen ist. Bei dem Dynamometer liegt die Spindel in einem, aus zwei Hälften bestehenden Lager r, welches mittelst einer eingedrehten Nuth mit dem am Dynamometergehäuse befindlichen Zapfen derart in Verbindung gebracht ist, dafs es sich um diesen drehen, aber nicht abrutschen kann. Auf der Spindel /ι sowohl, wie auf der Axe des Dynamometers sind Kegelrädchen aufgekeilt, durch welche die Bewegung der Spindel auf die Scheibe·ί übertragen wird. .In dem Schneckenrad ist ein Keil befestigt und die Spindel / ist mit einer langen Keilnuth versehen, durch die sie in dem Schneckenrad verschiebbar ist. Durch diese Einrichtung ist es möglich, dafs ohne Störung der Beweglichkeit des Dynamometers in jeder Lage desselben eine Uebertragung der Bewegung stattfindet. Der Dynamometer erleidet nur dadurch eine Aenderung, dafs, weil die Uebersetzung von 16:1 durch die Schraube auf das Schneckenrad schon aufserhalb des Dynamometers erfolgt, das innenliegende Schneckenrad wegfällt und durch eine einfache Kegeliibersetzung substituirt wird.

Der Apparat zur Messung der von den Locomotiven beim Zugdienst ausgeübten Kraftleistungen ist blos ein specieller Fall der allgemeinen Anwendbarkeit dieser Construction zur Messung aller, sowohl durch Zugkräfte, als auch durch rotirende Wellen übertragenen Arbeitsleistungen. Zur Messung von Kraftleistungen, welche durch den Zug von Menschenkräften, Thieren und anderen Motoren veranlafst werden, kann der Apparat in der in Fig. ι bis 8 dargestellten Form dienen, es sind blos seine Dimensionen dem jeweiligen Zweck entsprechend zu modificiren. Um' Kraftleistungen, welche durch Transmissionswellen übertragen werden, die sich blos in einer Richtung drehen, zu messen, kann der Apparat ebenfalls in der beschriebenen Form Verwendung finden, wenn zwei in die Transmission eingeschaltete Kurbeln in geeigneter AVeise gekuppelt werden (Fig. 9 und 10). Um die Bewegung der Scheibe s zu vermitteln, dienen zwei Zahnräder ο und /. Das Zahnrad ο steht fest, genau concentrisch zu der Transmissionswelle. Das Zahnrad/ ist auf der Welle, die dem Zapfen der Scheibe s zur Führung dient, an Stelle der Schnurscheibe aufgekeilt. Wenn die Kurbeln und mit ihnen der Apparat eine Umdrehung machen, wird sich bei gleichem Durchmesser der beiden Räder das Rad / und mit ihm die Scheibe j einmal um seine Axe drehen.

Bezeichnet:
N die Anzahl der Pferdekräfte, welche durch

die Transmission übertragen werden,
η die Anzahl der Umdrehungen pr. Minute,
P die Kraft, welche am Hebel des Dynamometers wirkt,

Claims (2)

α den Winkel, um welchen die Richtung dieser Kraft von der Axenrichtung der Feder des j Dynamometers abweicht, Q die Kraft, mit welcher der Dynamometer in j Anspruch genommen wird, ;■ den Durchmesser des Rädchens b, R die Entfernung des Angriffspunktes der Kraft am Dynamometer vom Wellenmittel, »die dem Radius R entsprechende Umfangsgeschwindigkeit pr. Secunde, so ist 2 rc Rn _ 75 N _ ν = — ; P = ——; Q=P. sec. a. OO V In einem gegebenen Falle wäre für: JY='200, «= 100, R = 0,6 m, a = 22°: v = 6,2S3m;P= 23877 kg; (2=2574 kg. Die Construction des Apparates sei nun derart ; eingerichtet, dafs eine Leistung Pv=I0000 kgm einer Einheit am Zähl-Apparate, somit einer Umdrehung des Rädchens b entspricht. i Für P — 1000 kg ist <2 = 1079 kg. ; Die Verschiebung des Rädchens b betrage : 12 mm für einen Zug von 1079 kg. Ein Weg YOIi-IO m des Agriffspunktes der Kurbel ent- ; spricht bei 0,6 m Radius 2,65 Umdrehungen : der Welle. Unter der oben angeführten Vor- ; aussetzung, dafs der Durchmesser der Räder ο und ρ gleich ist, wird in diesem Falle auch die Scheibe ^ 2,65 Umdrehungen machen, und es mufs der Bedingung entsprochen werden, dafs bei einer Verschiebung des Rädchens b um 12 mm bei 2,65 Umdrehungen der Scheibe ί das Rädchen b genau eine Umdrehung macht. Hieraus folgt: r— 2,65. 12 = 31,8 mm. . Bei Schiffsmaschinen, Fördermaschinen, Walzwerken etc. kommt es vor, dafs die Transmissionswelle sich bald in der einen, bald in der anderen Richtung umdreht. In diesem Falle ist eine Aenderung des Apparates in der Weise nothwendig, dafs er sowohl auf Druck, als auf Zug in Anspruch genommen werden kann. Zu diesem Zwecke dient folgende Einrichtung (s. Fig. 11 bis 15): Der Bolzen d, durch welchen die Zugkraft auf die Feder übertragen wird, ist mit dem Hebel g nicht durch ein Charnier verbunden, sondern wird von diesem gabelförmig gefafst (Fig. 15). Wird der Apparat auf Zug in Anspruch genommen, so stützt sich der Bolzen / gegen das Gehäuse des Apparates, während der Hebel g durch den Bolzen d die Feder ausdehnt, und durch seine Verlängerung h die Verschiebung des Rädchens b bewirkt (Fig. 12). Im Ruhezustand der Feder stützt sich der Bolzen d gleichzeitig gegen den Hebel und das Gehäuse. Wird der Apparat auf Druck in Anspruch genommen, so drückt der Hebel g durch die auf beiden Seiten der Feder befindlichen Schubstangen / (Fig. 14) auf den Bolzen /, während sich der Bolzen d gegen das Gehäuse stützt (Fig. 13) und bewirkt dadurch die Ausdehnung der Feder, während gleichzeitig das Rädchen b nach der anderen Seite verschoben wird. Die Backen k dienen dazu, die Zugstangen i in ihrer richtigen Lage zu erhalten. Für den Zahl-Apparat macht es keinen Unterschied, ob der Anstofs zur Bewegung von der einen, oder von der anderen Seite erfolgt, die Zahlen springen immer nur vorwärts. Paten τ-Ansprüche:

1. Vorrichtungen, um die Zugkraft mittelst des beschriebenen Dynamometers durch ein Zählwerk continuirlich zu registriren.

2. Die vorliegende Construction des dazu erforderlichen Apparates in seinen verschiedenen Modification«!.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen.