DE260773C

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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 260773 KLASSE 42k. GRUPPE

ADALBERT HILLER in BRUNN.

Indikator. Patentiert im Deutschen Reiche vom 14. Mai 1912 ab.

Bei Benutzung der zur Bestimmung der Leistung verwendeten Indikatoren, die das Kolbenwegdiagramm und damit die Arbeit während einer Umdrehung der Maschine aufzeichnen, muß zur Berechnung der Leistung selbst die Diagrammfläche bzw. der sogenannte mittlere Druck p_m ermittelt und dieser mit den der Maschine entsprechenden Faktoren multipliziert werden (Ni = Op_mc).

ίο Die Bestimmung der Fläche wird bei den sogenannten integrierenden Indikatoren durch planimeterartig wirkende Zählwerke selbst besorgt. Der Indikator vorliegender Erfindung gibt die mittlere Leistung der Maschine, wenn sie im Beharrungszustande ist, ohne weiteres an. Er gestattet auch, Kolbenwegdiagramme in verschiedenen Maßstäben aufzunehmen; er liefert Kurbelweg- oder Tangentialdruckdiagramme und verzeichnet Zeitdiagramme (Abszisse — Zeit, Ordinate — Leistung).

Im folgenden wird gezeigt, wie die an den Indikator gestellten Anforderungen durch Anordnung von Getrieben oder Gestängen an ihm erfüllt werden.

Fig. ι stellt einen Indikator vor, bei dem der Indikatorkolbendruck durch ein Hebelgetriebe auf die Feder wirkt. An dem um A drehbaren Hebel B greift mit dem Auge C die Indikatorkolbenstange an, die durch den KoI-ben im Zylinder D und im Zylinderdeckel E geführt ist. Das Auge C läßt sich auch an dem Hebel B verschieben. Ebenso greift die Federstange F, die in den Führungen G und // läuft, im Auge I an B an. Der Indikator-

kolbendruck P wird mit P — auf die Feder übertragen und durch die Lage von K oder ein mit K verbundenes gebräuchliches Indikatorschreibzeug angezeigt (Anzeigevorrichtung). Der

Maßstab des Diagrammes ändert sich mit —, also

mit der Änderung von x, a oder beider zugleich. Bei der Entfernungsänderung zwischen der Drehachse A, dem Indikatorzylinder und der Federstange braucht nur eines dieser EIemente festgehalten werden. Der Einfachheit halber wird im folgenden nur von dem veränderlichen χ gesprochen und vorerst der Indikatorzylinder D verschiebbar gedacht.

Dieselbe Wirkung wie durch Verschiebung des Indikatorzylinders erzielt man beim Feststehen desselben dadurch, daß man das Ende der Indikatorpleuelstange (Fig. 2) als Kulissenstein C ausbildet, der in der Kulisse X und gleichzeitig auf dem Hebel B läuft. Die Kulisse X ist in allen Lagen parallel zur Zylinderachse, χ hat dieselbe Bedeutung wie in Fig. i.

Bei konstantem χ und unter dem Indikatorstift proportional dem Kolbenweg angetriebener Indikatortrommel erhält man ein dem χ im Maßstabe proportionales Kolbenwegdiagramm. Der Schreibstift zeichnet auf einem fortlaufend dem Kurbelweg proportional angetriebenem Streifen das Kurbel weg- oder Tangentialdruckdiagramm, wenn χ dem jeweiligen Verhältnisse der Kolben- und Kurbel-

geschwindigkeit — proportional ist. Auf einem

gleichmäßig, also proportional der Zeit bewegten Streifen das Zeit- oder Leistungsdiagramm, wenn χ sich proportional der Kolbengeschwindigkeit c ändert.

Diese Änderungen von χ können durch das

in Fig. 2 schematisch gezeichnete Getriebe bewirkt werden. MNO ist ein Kurbeltrieb, dessen Welle O durch die Maschinenwelle angetrieben wird und mit ihr gleiche Umdrehungen macht. Das Verhältnis Pleuelstange zu Kurbellänge = M N : M O. In der Kulisse der Pleuelstange gleitet ein Stein Q, der an dem einen Ende der wagerecht geführten Stange R sitzt. Wenn OQ = C, so gilt

(»Hütte« 20. Aufl., I, S. 828) c = — ζ und daraus

ζ = r — · ζ ändert sich also in dem oben f ür

das Tangentialdruckdiagramm von χ verlangten Verhältnisse, und es braucht nur χ = ζ dadurch gemacht zu werden, daß das andere Ende von R die Kulisse X trägt.

In der Fig. 2 trägt R einen Stein S, der in der um T drehbaren Kulisse U läuft. In U läuft auch der Stein V der wagerecht geführten StangeW, deren anderes Ende dieKulisseX trägt. Solange die Entfernung der Stange W vom Drehpunkte T = y konstant ist, ist χ proportional ζ; es eignet sich auch dieses Getriebe für Tangentialdruckdiagramme.

Wird W etwa durch einen genügend kräftigen Fliehkraftregler, der an Y angreift, oder sonstwie derart parallel zu sich selbst verschoben, daß y proportional der Kurbelgeschwindigkeit ν ist, so ändert sich χ bloß proportional dem c, und das Getriebe ist für Leistungsdiagramme verwendbar, die auf einem gleichmäßig, etwa durch ein Uhrwerk, bewegten Streifen verzeichnet werden.

Einfacher als für die bisher in Betracht gezogene gewöhnliche Kolbenmaschine gestaltet sich die Vorrichtung für rotierende Maschinen, da hierbei Kolben- und Kurbelweg der gleiche ist. Für Leistungsdiagramme braucht dann der Geschwindigkeitsmesser oder Regulator nur das χ in gleicher Weise beeinflussen wie bei den Kolbenmaschinen das y.

Die Leistungsschwankungen während eines Kolbenhubes oder einer Umdrehung haben für die Praxis weniger Wert, es handelt sich mehr um die Kenntnis der Durchschnittsleistung für einen längeren Zeitraum.

In Fig. 3 ist das Schema eines Indikators gezeichnet, der der leichteren Vorstellung des Folgenden wegen wagerecht liegt. Vorausgesetzt, daß sich der Kolben der Maschine während der ganzen Dauer der Betrachtung mit gleicher Geschwindigkeit wie auch der Streifen, auf dem der Schreibstift C die Schaulinie verzeichnet, bewege, so erhält man, sofern auch das Indikatorgestänge masselos ist und sich ohne Reibung bewegt, ein vollständig richtiges Leistungsdiagramm. Anders aber, wenn an dem Gestänge eine Masse D₁ angebracht ist, die auf der Unterlage E₁ reibungslos gleitet. Infolge der Trägheit der Masse wird jetzt der Indikatorkolben den auf ihn wirkenden jeweiligen Druck P nicht mehr augenblicklich auf die Feder übertragen können. Die Masse wird aber unter P eine Beschleunigung erfahren, die in ihrer weiteren Bewegung eben wieder infolge der Massenträgheit zum Ausdruck kommt.

In der Schaulinie Fig. 4 werden die Ordinaten nicht die der jeweiligen Zeitabszisse entsprechende Leistung darstellen. Es wird sich aber die während der Beobachtungsdauer T geleistete Arbeit bestimmen lassen. Am Ende der Beobachtungsdauer T, mit der der Druck auf den Indikatorkolben aufhört, wird die Schaulinie, wenn die Masse gerade in der Aufwärtsbewegung im Sinne der Schaulinie begriffen ist, noch ein Stück ansteigen, und dann wird bei der vorausgesetzten Reibungslosigkeit der Schreibstift die bis in die Unendlichkeit währenden Schwingungen der nur unter dem Einfluß der Feder befindlichen Masse um ihre ursprüngliche Ruhelage verzeichnen.

Um die während der Zeit T geleistete Arbeit zu bestimmen, muß man die Diagrammfläche bis zu jener Ordinate P₁ nehmen, in welcher diese Schwingungen um die Ruhelage beginnen.

Wenn der auf den Indikatorkolben wirkende Druck sich während der Beobachtungsdäuer gleichmäßig periodisch ändert, so wird die Schaulinie zuerst unter Schwingungen ansteigen. Der dann eintretende Beharrungszustand kennzeichnet sich durch eine Wellenlinie. Die Wellenhöhe und Wellenlänge hängen von der Größe der Masse und der Stärke der Feder ab. Das Mittel zwischen Wellenberg und Wellental ist die Leistung, die an einer angebrachten Skala auch ohne weiteres abgelesen werden kann.

Es ist selbstverständlich, daß sich die träge, geradlinig bewegte Masse durch eine sich drehende ersetzen läßt, und daß diese, wenn gut ausgewuchtet, wieder nur durch ihre Tragheit wirkt (reduzierte Masse)

Die bei den vorstehenden Ausführungen vorausgesetzte gleichförmige Bewegung des Kolbens der Maschine kommt in Wirklichkeit nicht vor. Die Masse wird aber die richtige, der Leistung der Maschine entsprechende Bewegung ausführen, wenn auf sie in jedem noch so kleinen Zeitteilchen eine im gleichen Verhältnis zur j eweiligen Leistung der Maschine stehende Kraft wirkt. Diesem Zwecke dient auch das in Fig. 2 durch M-Y dargestellte Getriebe. Die träge Masse Z wird in Schwungradform um A drehbar angeordnet.

Der Punkt K bzw. das mit ihm verbundene Schreibzeug verzeichnet dann die Leistungskurve, wie sie oben für die gleichförmige Bewegung des Kolbens besprochen wurde, für

die mit dem Indikatorzylinder D verbundene Kolbenseite der Maschine. Will man die Leistung beider Kolbenseiten vereinigt haben, so müßte der Indikatorzylinder doppelwirkend und die beiden Flächen des Indikatorkolbens genau im gleichen Verhältnis wie die entsprechenden Kolbenflächen sein, oder man müßte die beiden Kolben der einfach wirkenden Indikatorzylinder an einem Gestänge derart

ίο angreifen lassen, daß der Unterschied der auf die beiden Maschinenkolbenseiten wirkenden Drücke übertragen wird.

Fig. 5 zeigt ein solches Gestänge für eine Zweizylindermaschine in Tandemanordnung.

D₁ bis D₄ sind die mit den Zylinderräumen zu beiden Seiten der Kolben durch Rohrleitung verbundenen Indikatorzylinder. Ihre Kolben wirken auf den um O₁ drehbaren Hebel. .

d\ -j z_x:dr₂ — z₂ : d-_a — ζ₃:ά; — z₄
4 4 4 4

entspricht dem Verhältnis der vier Kolbenflächen. Vom Hebelpunkte O₂ führt ein Len- ker zu dem Punkte C. Die sonstige Anordnung sei wie in Fig. 2 gedacht. Es soll aber auch möglich sein, den Antrieb der Welle O durch die Maschinenwelle auszulösen und bei dem außer Tätigkeit gesetzten Getriebe (M-Y) die Kulisse X in einer bestimmten Entfernung χ festzuhalten. Weiter soll auch die Stange W festgehalten, also y konstant gemacht, endlich auch die Massenwirkung von Z durch Lösung einer Kupplung von der Achse A ausgeschaltet werden können.

Die Masse des mit den Indikatorkolben (Fig. 5) verbundenen Gestänges muß natürlich sehr klein sein, damit sie bei den folgenden Verwendungsarten der beschriebenen Vorrichtung nicht merkbarer wird wie bei dem gewöhnlichen Indikator.
A. Z ausgekuppelt.

a) χ konstant. K bzw. das mit K verbundene Schreibzeug verzeichnet auf einer in gebräuchlicher Weise dem Kolbenwege proportionel bewegten Trommel das gewöhnliche Diagramm für jede einzelne Kolbenseite. Der betreffende Indikatorkolben muß natürlich unter Druck gesetzt werden, die anderen laufen leer mit oder werden ausgekuppelt.

Sind, die Indikatoren D₁ D₂ oder D₃ D₄ allein unter Druck, so erhält man das Diagramm der Kolbendruckunterschiede für die Hoch- bzw. Niederdruckzylinder.

b) Das Getriebe M-X ist in Tätigkeit, Y festgehalten, also y konstant. Unter dem Schreibstift läuft ein proportional dem Kurbelwege von der Maschinenwelle angetriebener Papierstreifen, auf dem je nach Betätigung der Indikatoren die Tangentialdruckdiagramme für jede einzelne Kolbenseite, für jeden Zylinder oder für die ganze Mascliine verzeichnet werden. Die geleistete Arbeit läßt sich herausplanimetrieren. Die Durchschnittsleistung erhält man durch Division durch die beobachtete Versuchszeit.

c) Das Getriebe M-Y in Tätigkeit, y der Umdrehungsgeschwindigkeit proportional veränderlich. Auf dem unter dem Schreibstift gleichmäßig fortlaufenden Papierstreifen, wird das Zeitdiagramm für jede Kolbenseite oder jeden Zylinder oder die ganze Maschine verzeichnet. Die mittlere Ordinate des Diagrammes gibt die mittlere Leistung an.

B. Wie c), jedoch die Masse Z mit A gekuppelt. Bei Beharrungszustand gibt der Indikatorstift in dem leicht einschätzbaren Mittel seiner Schwingungen unmittelbar die Leistung für eine Kolbenseite, einen Zylinder oder die ganze Maschine an. Für die Wertung der Diagramme gilt das zu Fig. 4 Gesagte.

Bei dem in Fig. 2 schematisch dargestellten Getriebe können die Gerad- und Parallelführungen auch durch entsprechende Anordnung von Lenkern bewirkt werden. Dadurch und durch kinematische Umkehrung sowie durch Zapfenerweiterung im kinematischen Sinne, endlich durch Verwendung von Zugorganen als gänzlichen oder teilweisen Ersatz der Stangen usw. sind unendlich viele Formen selbst für die beschriebene Ausführung der Erfindung möglich.

In Fig. 6, deren Buchstabenbezeichnungen mit Fig. 2 übereinstimmen, sind z. B. die beiden Steine Q S der Fig. 2 zu einem vereinigt, die Stange W trägt an dem einen Ende wieder den Kulissenstein V, an anderen Ende jedoch keine Kulisse, sondern einen Stein. Dieser greift in die, wie in der Figur deutlieh dargestellte, zu sich selbst parallel verschiebbare Kulisse X ein.

In Fig. 5 ist die Geradführung X an Lenkern O₃ C₃ -— O₄ C₄ angebracht. O₃ und O₄ liegen in einer Senkrechten, X₁ ist also senkrecht und wie X parallel zu sich selbst verschiebbar. Wird der in Fig. 6 ersichtliche Haken H₁ durch eine Schnur, die auch über Rollen lau fen kann, mit dem an X₁ in Fig. 5 angebrachten Haken H₂, der Haken H₃ durch eine Schnur mit einer Zugfeder F₁ verbunden, so bewegt sich X₁ gerade so wie X in Fig. 5 und 2.

Das fortwährend in Bewegung befindliche Getriebe (Fig. 6) ist in einem Kasten eingebaut und läuft darin förmlich in öl.

Y kann durch jeden Zentrifugalregulator oder eine andere zweckdienliche Einrichtung direkt angetrieben werden, deren Hub der Geschwindigkeit proportional ist. Anderenfalls muß die der Geschwindigkeit proportionale Änderung von y durch Zwischenschaltung

eines Getriebes (ζ. Β. Kurvenscheiben) hergestellt werden. Um den an einer Dampfmaschine vorhandenen Regulator benutzen zu können, wird man die Indikatorzylinder erst dann unter Dampf stellen, wenn der Regulator zu spielen beginnt, d. h. die Zeit des Anlaufes, natürlich auch des Absteilens der Maschine, aus der Beobachtung ausschalten. Der unbedeutende, hierdurch verursachte Fehler

ίο im Gesamtergebnis wird der geringeren Anschaffungskosten wegen gern in Kauf genommen werden.

In Fig. 5 sind die Indikatorzylinder knapp aneinander angeordnet. Die Zuleitungen \'on den Indikatorstutzen der Maschine dürfen aber eine gewisse Länge nicht überschreiten, und das durch die Indikatorkolben bewegte Gestänge soll möglichst geringe Maße haben, damit die Diagramme nicht verzerrt werden.

Diesen Forderungen muß natürlich durch entsprechende Anordnung der Indikatorzylinder und durch die Bauart des Gestänges Rechnung getragen werden.

Richtige Ergebnisse erhält man natürlich nur unter der Voraussetzung, daß die Indikatorfeder proportional der auf sie wirkenden Kraft zusammengedrückt wird. Statt der Feder läßt sich jeder Kraftmesser als Anzeigevorrichtung verwenden, welcher der Bedingung der Proportionalität von vornherein entspricht oder in geeigneter Weise dafür eingerichtet wird. Bei dem als Leistungsmesser ausgebildeten Indikator nach B. kann z. B. die Feder weggelassen und statt der bis jetzt vollkommen ausgewuchteten Masse Z ein physisches Pendel verwendet werden, das unter dem Einfluß des Indikatorkolbendruckes nur kleine Schwingungen macht, wobei der Ausschlag proportional dem Kolbendruck bleibt.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Indikator, bei welchem die Wirkung des dem Indikatorkolbendruck widerstehenden Teiles (Feder, Gewicht usw.) auf den Indikatorkolben verändert werden kann, gekennzeichnet dadurch, daß das diesem Zwecke dienende Getriebe zwischen Indikatorkolben und Anzeigevorrichtung eingebaut ist.

2. Indikator nach Anspruch 1 mit Hebelgetriebe, an dem Indikatorkolben und Feder angreifen, gekennzeichnet dadurch, daß.

die Entfernungen dieser von der Drehachse (x und a, Fig. 1) durch eine Feststellvorrichtung entsprechend eingestellt werden können, um Diagramme im gewünschten Maßstabe mit einer Feder zu erzielen.

3. Indikator nach Anspruch 1 mit Hebel, an den Indikatorkolben und Feder angreifen, gekennzeichnet durch eine Geradführung (X, Fig. 2), in welcher auch der am Hebel (B) verschiebbare Endpunkt der Pleuelstange des Indikatorkolbens läuft und durch deren Parallelverschiebung das Hebelverhältnis zu gleichem Zwecke wie bei Anspruch 2 geändert werden kann.

4. Indikator nach Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet durch ein Getriebe, welches die Geradführung proportional dem Verhältnisse der Kolben- und Kurbelgeschwindigkeit verschiebt, wodurch von dem Indikator auf einem fortlaufenden, dem Kurbelwege proportional bewegten Streifen das Kurbelweg(Tangentialdruck-)diagramm verzeichnet wird.

5. Indikator nach Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet durch ein Getriebe, welches von der Kolbengeschwindigkeit der Maschine beeinflußt wird, so daß der Indikator auf einem gleichmäßig bewegten Streifen das Leistungsdiagramm zeichnet.

6. Indikator nach Anspruch i und 4, gekennzeichnet durch ein Getriebe wie bei Anspruch 4, welches auch von der Kurbeloder Umdrehungsgeschwindigkeit der Maschine beeinflußt wird, so daß der Indikator (wie bei Anspruch 5) auf einem gleichmäßig bewegten Streifen das Leistungsdiagramm zeichnet.

7. Indikator nach Anspruch 1, 5 und 6, gekennzeichnet durch eine dem Einflüsse der Schwerkraft nicht unterworfene träge Masse, welche die Schwingungen des Indikators verkleinert und verlangsamt, wodurch die Leistung der Maschine im Beharrungszustande unmittelbar abgelesen werden kann.

S. Indikator nach Anspruch 1, 5 und 6, gekennzeichnet durch eine dem Einflüsse der Schwerkraft unterworfene träge, an einer wagerechten Achse aufgehängte Masse (physisches Pendel), welche nicht nur die Schwingungen des Indikators verkleinert und verlangsamt, sondern auch dem Indikatorkolbendruck bei geringem Ausschlage genau so wie der Federdruck entgegenwirkt.

9. Indikator nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein Gestänge, an welchem mehrere Indikatorkolben im Verhältnisse der Kolbendruckflächen der Maschine angreifen und dadurch auf die An-Zeigevorrichtung gemeinsam wirken können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.