DE18711C - Neuerungen an Apparaten zum Messen von mechanischer oder elektrischer Kraft - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 42: Instrumente.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 16. November 1881 ab.

Die nachfolgend beschriebene Erfindung bezieht sich auf einen Integrationsapparat, durch ■welchen Quantitäten von erzeugter oder verbrauchter mechanischer oder elektrischer Kraft gemessen oder registrirt werden können. Der Apparat wirkt im allgemeinen wie folgt:

Ein Cylinder befindet sich auf einer Welle, auf welcher sich derselbe der Länge nach hin- und herbewegen kann; an seiner Seite befindet sich eine Scheibe, deren Peripherie in Berührung mit dem Cylinder ist, während die Welle der Scheibe in einem drehbaren Gestell derartig ruht, dafs die Ebene der Scheibe beliebige Stellungen zur Achse des Cylinders annehmen kann. Wenn die Scheibe und die Cylinderachse in einer Ebene liegen, so macht der Cylinder bei seinem Hin- und Hergang keine Drehung; steht aber die Scheibe winklig gegen den Cylinder, so wird letzterer hierdurch veranlafst, sich bei seinem Hin- und Hergang auch um etwas zu drehen, und zwar mehr oder weniger, je nach der mehr oder weniger schrägen Stellung der Scheibe. Der Grad der Drehung des Cylinders ist proportional dem Producte seiner Längenbewegung mit der Tangente des Winkels, welche die Ebene der Scheibe mit der Cylinderachse bildet.

Die Achse des Cylinders, welche sich mit letzterem dreht, ist durch, beliebige "üebersetzungsmechanismen mit einem Schaltwerk verbunden, welches die Anzahl der Drehungen oder den Theil einer Drehung registrirt, durch welche der Cylinder bewegt wird.

Um nun diesen Apparat zum Messen der Kraft eines hin- und hergehenden Motors, z.B. einer Dampfmaschine, anzuwenden, steht der Cylinder mit einem hin- und hergehenden Theil der Maschine derart in Verbindung, dafs die Bewegung gleichzeitig mit dem Kolben und nach Verhältnifs zu seinem Hin- und Hergang stattfindet. ·

Auf dem Cylinder der Maschine ist vermittelst eines kleinen Rohres ein kleiner Cylinder angebracht, welcher mit einem Kolben und einer Springfeder wie der Cylinder eines gewöhnlichen Indicators versehen ist, oder statt dessen kann ein Gefäfs angewendet werden, welches mit einem biegsamen Diaphragma, ähnlich wie beim Aneroid-Barometer, gedeckt ist. Die Kolbenstange des ersteren oder eines am Diaphragma befestigten Stieles ist mit einem Arm der Scheibenachse verbunden, so dafs, je nachdem der Druck in dem Maschinencylinder variirt, die Scheibe durch besagte Kolbenstange oder durch den Stiel gezwungen wird, eine veränderte winklige Lage gegen den Cylinder anzunehmen, und auch gezwungen ist, während des Hin- und Herganges sich in demselben veränderlichen Verhältnifs zu drehen. Der Grad der Drehung, welcher dem Integrationscylinder dadurch mitgetheilt wird, ist proportional dem Product aus dem Druck auf den Maschinenkolben und multiplicirt mit dem von demselben durchlaufenen Raum und giebt daher ein Mafs für die durch den Kolben verrichtete Arbeit.

Da der Druck, durch welchen der Kolben diese Arbeit vollbringt, die Differenz der auf beiden Seiten desselben stehenden Pressungen ist, so ist vorzuziehen, den Indicatorcylinder doppeltwirkend zu machen, indem man seine beiden Enden mit den Enden des Maschinencylinders verbindet. Bei Verwendung des Ge-

fäfses mit Diaphragma können zwei derselben benutzt werden. Es wird somit die Drehung der Ebene der Integrationsscheiben im Verhältnifs zu den Druckdifferenzen der beiden Enden des Maschinencyünders geschehen.

Auf Blatt I ist ein Integrationsapparat nach obigem System dargestellt, wie er für eine doppeltwirkende Dampf- oder sonstige, mit hydraulischem Druck arbeitende Maschine constrüirt ist.

Fig. ι zeigt eine vordere Ansicht, zum Theil im Schnitt,

Fig. 2 einen Querschnitt, und

Fig. 3 einen Grundrifs, im Schnitt nach Linie Z-Z.

AA sind zwei mit biegsamen Diaphragmen a a versehene Behälter, in welchen α α durch den Stiel a^l mit einander verbunden sind. Die Behälter A A stehen mit je einem Ende des Maschinencyünders in Verbindung, können mit einem Gemisch von Glycerin und Wasser oder mit sonstiger Flüssigkeit angefüllt sein, wodurch die Diaphragmen gegen die Hitze des Dampfes geschützt werden. B ist der Integrationscylinder; - dessen Welle b entweder von polygonalem Querschnitt oder mit Nuth und Feder versehen ist, so dafs, während der Cylinder darauf hin- und hergleitet, die Welle sich mit dem Cylinder drehen kann. Bei C, Fig. 2, ist diese Welle mit irgend einem Zählwerk verbunden. Ό ist ein Hebel, der an irgend einem Punkt durch eine Stange d mit der Kolbenstange oder mit sonst einem hin- und hergehenden Theil der Maschine in Verbindung gebracht wird. Mit dem Hebel D wird vermittelst eines Kugelgelenkes eine Gabel d¹ verbunden, welche den Cylinder B umfafst und somit diesen zwingt, die hin- und hergehenden Bewegungen von D mitzumachen. Auf der oberen Seite von B ruht die Scheibe E in einem drehbaren Rahmen e, dessen verticale Achse e^l durch eine Feder*?², Fig. 2, niedergeprefst wird. Die Achse e^l trägt einen Arm e³, Fig. 3, mit einem Schlitz, in welchen ein an a¹ sitzender Stift eingreift, so dafs, je nachdem sich die Diaphragmen a a im Verhältnifs zu dem Wechsel der Pressungen, denen sie ausgesetzt sind, hin- und herbewegen, e und somit auch E in eine mehr oder weniger winklige Lage gegen die Cylinderachse von B gebracht werden. Da die abwechselnde winklige Stellung von E mit der abwechselnden Bewegung von B in der einen und der anderen Richtung übereinstimmt, so ist es einleuchtend, dafs die durch erstere hervorgebrachte Drehung des letzteren stets in einer und derselben Richtung geschieht. Diese Drehung nun, durch den Mechanismus C auf das Zählwerk übertragen, giebt, wie oben erklärt wurde, ein richtiges Mafs für die von der Maschine verrichtete Arbeit. Würden AA ohne Flüssigkeitsfüllung angewendet, so könnte der Apparat in eine umgekehrte Stellung gebracht werden. ^:: ..■■■

Um den Apparat zum Messen der durch eine sich drehende Welle übertragenen Kraft anzuwenden, verbinde man den Integratioiiscylinder mit der Welle durch einen Mechanismus derart, dafs die Hin- und Herbewegungen des ersteren im Verhältnifs zu den Drehungen der letzteren stattfinden, während die Achse des drehbaren Rahmens an der Scheibe mit einer Differentialkupplung der Welle verbunden ist; diese Kupplung hat eine Feder, durch welche die Kraft der Welle transmittirt wird; es wird somit die Scheibe mehr oder weniger schief gestellt, je nachdem die Spannung der Feder im Verhältnifs zu den Aenderungen der Kraft variirt. Da in diesem Fall mit einer einzigen Scheibe* sich der Cylinder bei der einen Längsbewegung wieder um so viel zurückdrehen würde,, als er sich bei der anderen Bewegung vorwärtsgedreht hat, so wendet man hier zwei solcher Scheiben auf den gegenüberliegenden Seiten des Cylinders an und bringt immer die eine in Berührung mit letzterem beim Hingang und die andere beim Hergang.

Fig. 4 zeigt eine Endansicht, und ■ ^{: i:}

Fig. 5 einen Grimdrifs einer solchen Einrieb tung des Apparats zum Messen der Kraft,-welche von einer Welle .S auf eine andere Welle S¹ durch irgend eine ,Differentialkupplung F übertragen wird. In vorliegendem Falle besteht, dieselbe aus in dem Gehäuse F befindlichen konischen Rädern ff, welche in an S S¹ befestigte Räder eingreifen.. Die Drehung von F wird durch eine Springfeder verhindert, welche gegen einen an F angebrachten Arm F¹ prefst,; derart, dafs das Gehäuse F sich um etwas in der einen oder der anderen Richtung bewegen kann, je nachdem die durch die Zahnräder übertragene Kraft die Spannung der Feder überwältigt oder unter derselben sinkt.. Ein an.F sitzender Stift/¹ greift, in einen Schlitz des am drehbaren Gestelle befindlichen Armes e₃. Das. Gestell e trägt die beiden Scheiben E E\ und zwar eine auf jeder Seite des Integrationscylinders B; es wird somit die Drehung von F die schiefe Stellung der Scheiben EE¹ gegen die Cylinderachse. von B bewirken.

Dieser Cylinder .Z? wird in einem Rahmen d¹ gehalten, welcher auf der Achse d² schwingen und auch hin- und hergleiten kann,, und welcher oben ein Zählwerk C trägt, welches durch ein Schneckenrad H und Schnecke ein Getriebe h in Bewegung setzt, h bildet einen: TheiL eines Mangelmechanismus:,, wie bei Fig. 6 angedeutet, wovon der gezahnte Rahmen die untere Seite von. d¹ bildet, so dafs bei einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen von. H der Rahmen d^l einmal hin- und herbewegt wird, indem d^y bei Beendigung jedes. Ganges um einen kleinen Winkel auf der Achse, d² schwingt. Durch diese ab-

wechselnde Schwingung wird tiuri der Cylinder B auch abwechselnd in Berührung mit der einen oder der anderen Scheibe E oder E^x gebracht, und: es wird soweit, wie oben erwähnt, dieselbe schräge Lage dieser beiden Scheiben eine entsprechende Drehung des Cylinders B bei dessen Hingang und beim Hergang bewirken. Die Anzahl der hierdurch hervorgebrachten Umdrehungen von B wird, durch Schneckenmechanismus c auf das Zählwerk C übertragen, wie im vorigen Falle das richtige Mafs der von 5 auf S¹ übertragenen Kraft sein. Es könnte natürlich statt der angedeuteten Construction der Kupplung F jede andere Form von Differentialkupplung angewendet werden, bei welcher eine Aenderung der Kraftübertragung der Welle eine geringe Bewegung eines Theiles der Kupplung hervorbringt, gegen die ihrerseits die Spannung einer Feder oder der Druck eines gehobenen Gewichtes wirkt.

Auf ähnliche Weise kann die von einem Riemen oder einer Kette ohne Ende übertragene Kraft integrirt und registrirt werden, indem der Hin- und Hergang des Cylinders B der Bewegungsgeschwindigkeit des Riemens proportionirt wird, während die schiefe Stellung der Scheiben EE¹ gegen die Cylinderachse durch Veränderungen in der Spannung des Riemens vermittelst eines an demselben angebrachten Dynamometers ebenfalls verändert "wird.

Es ist nicht durchaus nothwendig, dafs zwei Scheiben E angewendet werden, aufser wenn . man eine continuirliche Registration der gethanen Arbeit haben will. In den meisten Fällen wird es genügen, eine Registration in gewissen Zeitintervallen zu erhalten, was dadurch bewirkt werden kann, dafs man nur eine Scheibe anwendet und diese nur während des Hinganges oder des Herganges des Cylinders mit diesem in Berührung bringt.

Eine Einrichtung dieser Art zum Messen der Quantität eines elektrischen Stromes, der in einer gewissen Zeit durch einen Leiter fliefst, ist auf Blatt II und zwar in der Seitenansicht durch Fig. 7 und in der Endansicht durch Fig. 8 angedeutet. In diesem Falle wird der Cylinder B von dem Rahmen d^x getragen, welcher mit einem senkrechten und einem waagrechten Theile versehen ist und welcher auf der Achse d² hin- und hergleitet und zugleich darauf auf- und abschwingt, indem diese Bewegungen durch einen vermittelst Uhrwerks getriebenen Mangelmechanismus h hervorgebracht werden. Die Scheibe E befindet sich auf dem drehbaren Rahmen, dessen Achse e eine Galvanometernadel K trägt, welche mehr oder weniger geneigt wird, indem ein stärkerer oder schwächerer elektrischer Strom durch ein sie umgebendes Drahtgewinde geht, auf irgend eine bekannte Art eingerichtet,; wobei das Gewinde einen Theil des elektrischen Leiters bildet./ .

Bei der Bewegung in der .einen Richtung wird nun der Cylinder B aufser Berührung mit E gebracht, und er verrichtet daher während dieser Zeit keine Registration;· aber bei der anderen Bewegung kommt er in Berührung mit E und wird durch die zeitweilige schräge Stellung, welche von. der Stärke des Stromes bestimmt wird, um ein Gewisses gedreht. Diese Drehung wird wieder wie früher auf das am Rahmen d^l angebrachte Zählwerk C übertragen.

Wenn gewünscht wird, die Arbeit zu messen, welche ein elektrischer Strom zwischen zwei Stellen eines Leiters vollbringt, d. h, das Product des gesammten Stromes mit der Spannungsdifferenz an den beiden Stellen, so wendet man eine Construction des Apparates an, wie sie Fig. 9 und io andeutet, wobei Fig. 9 eine Seitenansicht, zum Theil im Schnitt, und Fig. 10 eine Endansicht darstellt.

Der Integrationscylinder B wird von dem Rahmen b getragen, der wie früher auf der Achse d² hin- und hergleitet und auf derselben schwingt, indem diese Bewegungen durch den Mangelmechanismus h hervorgebracht werden. Die Scheiben E E\ mit welchen B abwechselnd in Berührung gebracht wird, werden vom Rahmen e getragen, welcher auf derselben Achse mit einem Balancier L sitzt, dessen eines Ende mit einem Gewicht / belastet ist, während am anderen Ende der Eisenkern MM¹ des feststehenden Solenoids IVN¹ aufgehängt wird. Das Solenoid besteht aus einem äufseren Gewinde N und einem inneren Gewinde IV¹, beide von dickem, isolirtem Draht und in gleicher Richtung gewunden; er bildet einen Theil des elektrischen Leiters. Der Kern besteht aus einem oberen Theil M und einem unteren Theil M¹, welche beide aas feinen isolirten und in entgegengesetzten Richtungen gewundenen Drahtgewinden bestehen. Diese Gewinde bilden eine Zweigleitung von hohem Widerstand zwischen den beiden Stellen O O¹ der Hauptleitung. Man sieht,, dafs, je nachdem der obere Kern M mehr oder weniger in das Solenoid hineingezogen und M¹ zugleich abwärts getrieben wird, der Wirkung der an dem Rahmen e angebrachten Gewichte eⁱ entgegengesetzt, die Scheiben EE¹ in eine mehr oder weniger schiefe Stellung gebracht werden und somit wie früher der Cylinder in demselben Mafse bei seinem Hin- und Hergang gedreht wird. Die Anzahl dieser Drehungen wird somit das Mafs der zwischen O und O¹ verrichteten Arbeit des Stromes sein. Wird der Apparat zum Messen von schwachen Strömen gebraucht, so wird das Solenoid IVIV¹ vorzugsweise, wie angedeutet, auf Eisencylinder aufgewunden, um eine intensivere Wirkung zu erhalten.

In einigen Fällen, für gewisse Zwecke der Integration, kann statt des Integrationscylinders ein Konus, eine Kugel oder, wie letztere, ein sonstiger Rotationskörper angewendet werden, indem dann der Rahmen der Scheiben eine dieser Form entsprechende Bewegung erhält. Auch könnte statt der Scheibe eine Kugel gebraucht werden, deren Drehungsachse mehr oder weniger zum Cylinder geneigt und dessen Berührungskreis mehr oder weniger vom gröfsten Kreise entfernt ist. Ferner könnte statt des Zählwerkes eine Tafel gebraucht werden, auf welche die von den Bewegungen resultirenden Figuren vermittelst eines Stiftes, ähnlich wie bei einem gewöhnlichen Indicator, gezeichnet werden,, z. B. der Cylinder könnte mit Papier bekleidet sein, auf welches dann die Scheibe selbst Linien zieht, oder es könnte ein Papierband durch den Cylinder in Bewegung gesetzt und darauf mit einem feststehenden Stifte gezeichnet werden.

Die Wirkungsweise des Cylinders und der Scheibe könnte ferner, wie folgt, umgekehrt werden. Der Cylinder, während er frei hin- und herbeweglich bleibt, könnte durch eine äufsere Kraft eine drehende Bewegung in Berührung mit der Scheibe erhalten, in welchem Fall er mehr oder weniger der Länge nach bewegt werden würde, je nachdem die Ebene der Scheibe mehr oder weniger aus der senkrechten Lage gegen die Cylmderachse gebracht wird.

. Bei Vollbringung der Längenbewegung in der einen Richtung könnte der Cylinder eine Umsteuerung in Thätigkeit setzen, wodurch seine Drehungsrichtung umgekehrt wird, oder er könnte mit einer zweiten, auf der anderen Seite befindlichen Scheibe in Berührung gebracht werden, wodurch bei der nämlichen Drehungsrichtung, die Längsbewegung eine umgekehrte werden würde.

Die Anzahl der Hin- und Herbewegungen des. Cylinders würde dann das Integral der Function bilden, welche die schiefe Stellung der Scheibe bestimmt.

Claims (4)

Patent-Ansprüche: ■ .

1. Die Construction und Anwendung eines Apparats zum Messen von mechanischer oder elektrischer Kraft, worin ein Cylinder eine Längsbewegung in Berührung mit einer Scheibe erhält, wodurch er genöthigt wird, sich mehr oder weniger um seine Achse zu drehen, je nachdem die Ebene der Scheibe mehr oder weniger gegen die Achse geneigt ist, so dafs der Grad der so erhaltenen Drehung die Summe einer Anzahl Producte vorstellt, wovon die vom Cylinder durchschnittenen Räume und die Tangenten der Neigungen der Scheibe die Factoren sind.

2. Zum Messen der Arbeit eines Dampf- oder sonstigen Flüssigkeitsmotors, die Combination mit dem unter i. angedeuteten Integrations-. apparat von biegsamen Diaphragmen oder deren Aequivalenten, welche dem Druck der- Arbeitsflüssigkeit ausgesetzt sind und die gröfsere oder geringere Schiefstellung der Scheibe bewirken, wie bei Fig. i, 2 und 3 beschrieben.

3. Zum Messen der von einer drehenden Welle übertragenen Kraft, die Combination des unter 1. angedeuteten Integrationsapparats mit einer Differentialkupplung der Welle und einer darauf wirkenden Springfeder derart, dafs die durch Aenderungen ■ der übertragenen Kraft verursachte Bewegung eines Theiles der Kupplung die Schiefstellung der Integrationsscheibe oder -Scheiben bewirkt, wie in Fig. 4 bis 6 dargestellt.

4. Zum Messen von einem durch einen Leiter fliefsenden, elektrischen Strom, die Combination des unter 1. angedeuteten Integrationsapparats mit einer Galvanometernadel oder Solenoidkern, welche von dem zu messenden Strom derart beeinflufst wird, dafs die durch Aenderungen in der Kraft oder Potenz des Stromes verursachten Bewegungen der Nadel oder des Solenoidkernes die Schiefstellung der Integrationsscheibe oder -Scheiben bewirken, so wie in Fig. 7 bis 10 beschrieben und dargestellt wurde.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.

BERLIN. GEDRUCKT IN DER REICHSDRUCKEREI.