DE32909C - Totalisirendes, auf dem Geschwindigkeitsverlust elastischer Riemen beruhendes Dynamometer - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 42: Instrumente.

Patentlrt im Deutschen Reiche vom ag. Juli 1884 ab.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum Messen und Registriren physikalischer Kräfte; man kann mittelst derselben die Kraft bestimmen und messen, welche durch eine Dampf-, eine Gas- oder eine Heifsluftmaschine, oder durch eine durch den Druck einer Flüssigkeit bewegte Maschine geliefert wird.

Auch kann das Dynamometer dienen zum Messen und Bestimmen der durch einen elektrischen Leiter gehenden Energiemenge oder einer Kraft, welche durch rotirende Wellen übertragen, durch Treibriemen von einer rotirenden Welle einer anderen mitgetheilt oder durch Wind oder fiiefsendes Wasser ausgeübt wird. Aufserdem kann ein solches Dynamometer zur Ermittelung der Quantitäten von Flüssigkeiten, welche in einer gewissen Zeit durch Röhren, Kanäle u. s. w. hindurchgehen, benutzt werden.

Die Construction und Anordnung des vorliegenden Dynamometers ist am besten aus Blatt I der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.

Eine Welle A, welche sich in zwei Lagern dreht, steht mit einem Zählwerk C in Verbindung, das die Anzahl der Drehungen der Welle anzeigt. Auf dieser Welle sitzen zwei lose Scheiben (Riemen- oder Seilscheiben) B und B^[ (s. Fig. 2^b) und zwischen beiden das fest mit der Welle verbundene Zahnrad a. Ein oder mehrere gleich grofse Zahnräder b stehen mit a in Eingriff und drehen sich um Zapfen, welche an der Scheibe B befestigt sind. Die Räder b greifen ihrerseits wieder in einen Radkranz b¹ mit innerer Verzahnung ein, welcher mit der Scheibe B¹ aus einem Stück besteht. Die ganze soeben beschriebene Construction bildet also ein in einander greifendes Räderwerk.

Bei einer Drehung der Scheibe B, während welcher die Scheibe B¹ festgehalten wird, wird die Hauptwelle A in derselben Richtung, jedoch nicht mit derselben Geschwindigkeit sich drehen wie die Scheibe B. Dreht man dagegen die Scheibe B¹ und hält die Scheibe B fest, so wird die Welle A in umgekehrter Richtung wie die Scheibe B¹ laufen. Wenn nun die beiden Scheiben B B¹ sich zu gleicher Zeit in derselben Richtung bewegen, jedoch mit einer gewissen bestimmten Differenz in der Geschwindigkeit, die von den bezüglichen Durchmessern der Zahnräder des Getriebes abhängt, so wird die Hauptwelle in Ruhe bleiben. Irgend eine Aenderung in diesem festen Verhältnifs, hervorgerufen etwa durch ein Nachlassen oder einen Zuwachs in der Geschwindigkeit einer der Scheiben, wird jedoch die Hauptwelle A nach der einen oder anderen Richtung hin in Bewegung setzen und der Betrag dieser Rotation wird auf dem Zifferblatte des Zählapparates C registrirt werden.

Auf demselben Fundament, auf welchem die Lager der Welle A ruhen, sitzen zwei andere Lager, in welchen sich die zu A parallele Welle A¹ dreht. Zwischen den beiden Lagern der Welle A¹ sind die beiden Scheiben (Riemenoder Seilscheiben) E und E¹ (s. Fig. 2^a) und am Ende der Welle die Scheibe D aufgekeilt.

Gegen die Vorderfläche der letzteren drückt ein bewegliches Frictionsstück d, welches in nachstehend beschriebener Weise getrieben und eingestellt wird. Die Vorderfläche der Scheibe!) kann eben oder kegelförmig ausgebildet sein.

Die Scheiben E und E¹ ebenso wohl wie die Scheiben B und B¹ werden am zweckmäfsigsten als Seilscheiben construirt, wie dies auch auf den beiliegenden Zeichnungen gezeigt ist. Durch ein Paar Treibschnüre e und e^l stehen diese Scheiben mit einander in Verbindung. Um ein Gleiten der Treibschnüre auf den Scheiben E und E¹ zu verhindern, sind diese mit irgend einem passenden Material, als Holz, Kautschuk u. s. w., überzogen oder ausgekleidet. Eine der Treibschnüre, etwa e, ist aus einem elastischen Material gefertigt. Die andere Treibschnur braucht nicht elastisch zu sein. Man kann statt derselben auch ein Rädergetriebe zwischen E¹ und B anordnen.

Die Bewegung des vorbeschriebenen Mechanismus erfolgt in folgender Weise:

Wird z. B. B¹ in Rotation versetzt, so wird diese Bewegung der Welle A¹ mittelst der elastischen Schnur e mitgetheilt und durch das Seil e¹ auf die Scheibe B übertragen. Es ist nun am zweckmä'fsigsten, die Gröfse der Seilscheiben BB¹UUdEE¹ so einzurichten, dafs bei der Bewegung des Mechanismus die Welle .4 dann im Stillstand bleibt, wenn die Welle A¹ keine Arbeit verrichtet. Wird aber durch die Welle A¹ eine Arbeit ausgeführt, so hängt die Geschwindigkeit der Welle nicht allein von der Gröfse der Seilscheiben, sondern auch von. der geleisteten Arbeit ab, denn es ist bekannt, dafs, wenn eine Kraft von einer Welle auf eine andere mit Hülfe einer elastischen Schnur oder einer ähnlichen Vorrichtung übertragen wird, die Differenz in der Geschwindigkeit zwischen der gezogenen und losen Seilhälfte proportional der von der einen Welle auf die andere übertragenen Kraft ist, und folglich ist die Differenz der Geschwindigkeit zwischen der getriebenen und treibenden Welle eine Function der von der einen Welle auf die andere übertragenen Arbeit.

Wie schon zu Anfang gesagt wurde, dient der Mechanismus, welcher Integrator genannt werden möge, zur Bestimmung und Messung von Kraft, die durch die verschiedenartigsten Motoren erzeugt sein kann. In folgendem sollen einige praktische Beispiele für die Verwendung des Integrators gezeigt werden.

Der auf Blatt I dargestellte Integrator dient zum Messen und Bestimmen der durch eine Dampfmaschine erzeugten Kraft.

Von irgend einem rotirenden Theil der Dampfmaschine aus wird die Scheibe B¹ des Integrators und somit der ganze Apparat in Bewegung gesetzt. Die Scheiben B B¹ und EE¹ stehen in einem solchen Gröfsenverhältnifs zu einander, dafs bei der Drehung derselben die Welle A im Stillstande bleibt.

Ein kleiner Dampfcylinder G, Fig. i, steht mit den beiden Seiten des Dampfcylinders der Maschine in Verbindung. Durch den abwechselnden Druck im Dampfcylinder der Maschine wird der Kolben g des Cylinders G hin- und herbewegt. Mit diesem Kolben steht eine Stange in Verbindung, an welcher eine Zahnstange g"¹ sitzt. In letztere greift ein Zahnradsegment d'² ein, welches sich um eine feste Welle dreht und mit einem Hebelarm d¹ fest verbunden ist. An dem Ende dieses letzteren sitzt ein Frictionsstück d, das gegen die ebene oder konische Endfläche der früher erwähnten Scheibe D drückt und so die Rotation der Welle A¹ mehr oder weniger hemmt, je nachdem das Frictionsstück d sich mehr oder weniger vom Mittelpunkte der Scheibe D entfernt.

Es ist die Einrichtung so getroffen, dafs das Frictionsstück d sich im Mittelpunkte der Scheibe D befindet (also die geringste hemmende Wirkung auf D ausübt), wenn der geringste Dampfdruck auf den Kolben der Dampfmaschine wirkt und sich am weitesten von der Mitte entfernt hat, wenn der Kolben der Dampfmaschine dem.gröfsten Dampfdruck ausgesetzt ist. Die gröfsere oder geringere Hemmung der Scheibe D infolge gröfserer oder geringerer Entfernung des Frictionsstückes. d vom Mittelpunkte derselben und dadurch die schnellere und langsamere Drehung der Welle A hängt also ab:

1. von dem auf den Dampfmaschinenkolben ausgeübten Druck;

2. aber auch noch von der Geschwindigkeit des Dampfmaschinenkolbens.

Da nun das Product der Kolbengeschwindigkeit und des auf den Kolben ausgeübten Druckes die ausgeübte Arbeit der Maschine ist, so kann die Gröfse derselben durch das an der Welle A sitzende Zählwerk veranschaulicht werden.

In den Fig. 4 und 5 ist der kleine Cylinder G, der Kolben g und die Kolbenstange nebst Zahnstange durch eine andere Construction ersetzt. Der Raum G steht mit den beiden Enden des Dampfcylinders in Verbindung, und der abwechselnde Dampfdruck bewirkt die Drehung eines Flügels g um die Achse g¹, an welcher der Hebel d¹ mit dem Frictionsstück d sitzt.

Wenn man den Integrator zum M e s s en d e r durch Treibriemen übertragenen Kraft benutzen will, so giebt man der Scheibe JB¹ auf der Hauptwelle des Integrators eine Bewegung, welche der Geschwindigkeit des Treibriemens, dessen Arbeitskraft gemessen werden soll, proportional ist.

Die Construction ist in den Fig. 6 und 7 veranschaulicht. H ist hier der Treibriemen, dessen Geschwindigkeit und veränderliche Spannung zu bestimmen bezw. zu registriren ist. Dieser Riemen, geht zwischen einem aufgehängten, mit Riemscheiben versehenen Gestell

hindurch, welches mittelst eines Seiles oder einer Kette an einem Federzuge g¹ befestigt ist, von welchem aus ein das Frictionsstück d tragender Arm ausläuft. Das aufgehängte Gestell wird durch ein Gegengewicht im Gleichgewicht gehalten. Bei dieser Einrichtung können die Variationen der Spannung des oberen Theiles des Treibriemens H als Aequivalent für die Variationen des Dampfdruckes in dem Hauptcylinder, Fig. ι bis 5, betrachtet werden, und das aufgehängte Gestell, auf welches diese Variationen in der Spannung wirken, kann als Aequivalent des Kolbens oder des Flügels g gelten.

Soll der Integrator zum Messen der durch eine rotirende Welle übertragenen Kraft verwendet "werden, so treibt man die Riemscheibe B auf der Hauptachse A mit einer Geschwindigkeit an, die derjenigen der rotiren-. den Welle proportional ist.

■Diese Construction ist in den Fig. 8 und 9 der beiliegenden Zeichnungen dargestellt..

Die Federzugvorrichtung g¹, sowie die Art der Anbringung des Frictionstheiles d ist ähnlich, wie solche in den Fig. 6 und 7 veranschaulicht ist. Die Welle, mittelst deren die Kraft übertragen wird, ist mit einer Vorrichtung versehen, welche unter der Bezeichnung White'sches oder amerikanisches Dynamometer bekannt ist. Zur Einschaltung dieses Apparates ist die Welle in zwei Theile //* getheilt. Die Schnurscheibe B¹ des Integrators wird, wie vorbeschrieben, durch einen Riemen F von dem mit / bezeichneten Theil der Welle getrieben. An den sich gegenüberliegenden Enden dieser unterbrochenen Welle sind die konischen Räder i i¹ aufgekeilt. Zwischen diesen ist ein Hebelarm J, an welchem sich lose die gleich grofsen konischen Räder j j¹ bewegen, die mit den konischen Rädern ϊ i^{ in Eingriff stehen, angeordnet, j² ist ein Gegengewicht und 7 ^s ein ausgekehlter Sector, über welchen die Schnur ' j* zum Heben des Federzuges g¹ führt. Die beiden Theile der Triebwelle / und /* rotiren in festen Lagern. Wenn der Theil / in Bewegung gesetzt wird, wird die andere Hälfte der Welle I* durch das konische Getriebe i i^l und jj¹ mit gleichartiger Geschwindigkeit in Rotation versetzt. Wenn jedoch der Theil /* der Welle Arbeit verrichtet, so hat das Rad i^l das Bestreben, einen Stützpunkt zu bilden, um welchen die Getriebe ti¹ in eine Gleichgewichtslage rücken, indem sie hierbei den Hebel J um seine Querachse drehen und an der Schnur j^-i einen Zug ausüben, welcher der durch die Welle /* übertragenen Kraft proportional ist. Die Schnurscheibe B¹ des Integrators wird ■ durch ' die Welle I in Bewegung gesetzt und der Frictionstheil d desselben veranlafst, sich im Verhältnifs zu den Oscillationen des Hebels / vom "Mittelpunkte der Scheibe D fortzubewegen; dadurch wird bewirkt, dafs das Instrument die variirende Geschwindigkeit der Triebwelle, sowie die beim Arbeitsgang auf dieselbe ausgeübte variirende Kraft fortwährend registrirt.

Der Integrator kann auch zum Ermitteln, bezw. Registriren der Zugkraft benutzt werden, welche zur Fortbewegung eines Eisenbahnwagens, Fig. 10, bei verschiedenen Stei_T gungsverhältnissen der Bahn, bei verschiedener Beladung und verschiedener Fahrgeschwindigkeit erforderlich ist. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, wird die Schnurscheibe B¹ des Integrators, wie früher, mit einer Geschwindigkeit getrieben, die der Geschwindigkeit irgend eines sich bewegenden Theiles des Fahrzeuges, dessen Kraftäufserung gemessen werden soll, proportional ist. Der Frictionstheil d des Integrators wird dann vom Mittelpunkte der Scheibe D fortgerückt werden im Verhältnisse zu der an den Kupplungen ausgeübten Kraft. Der Integrator bewerkstelligt so das Messen der bei dem Zuge verrichteten Arbeit.

Zum Messen elektrischer Energie verbindet man den Integrator mit einem elektrischen Apparat, wie in Fig. 11,12 und 13 dargestellt.

In Fig. 11 und 12 ist K ein kleiner elektrischer Motor, bestehend aus einem Magneten k, welcher mit einem kurzen, starken, gut isolirten Leitungsdraht umwunden ist, durch den der gesammte Hauptstrom oder ein ge^ wisser Theil desselben mit geringem Widerstände hindurchgeht. Die Armatur A:¹ kann von irgend einer bekannten guten und geeigneten Construction sein. Es ist am zweckmäfsigsten, -die Armatur in eine Zweigleitung einzuschalten. In diesem Falle verbindet man die Commutatorfedern . mit zwei Punkten χ und y im Hauptstrom, zwischen welche die verbrauchte elektrische Energie gemessen werden soll. Die thatsächliche Einwirkung des magnetischen Feldes auf die Armatur ist auf diese Weise dem Product aus der Potentialdifferenz zwischen diesen Punkten, d. h. aus der von dem Benutzenden oder Consumenten verbrauchten elektromotorischen Kraft und dem Haupts'trom proportional gemacht, und ist daher proportional der elektrischen Energie, welche gemessen werden soll.

Dieser elektrische Motor setzt die Scheibe B¹ des Integrators durch eine Schnur F in Bewegung, wie in Fig. 11 und 12 gezeigt. Man kann aber auch an Stelle einer Schnur ein Zahnrad oder einen anderen ähnlichen Mechanismus anwenden. Das Reibungsstück d ist mittelst eines Armes d¹ mit einem Balancier J verbunden, welcher sich frei um den Zapfen / dreht. An dem einen Arm dieses Balanciere / hängt· ein beweglicher Kern L und an

dem anderen ein Gegengewicht j², welches auch durch eine passende Feder ersetzt werden kann. Der Kern ist zusammengesetzt aus einem oberen und unteren Theil von isolirtem, feinem Draht, welcher in entgegengesetzten Richtungen gewunden ist und eine Zweigleitung von hohem Widerstände bildet, welche die Punkte χ und y des Hauptstromes verbindet, zwischen welchen die verbrauchte elektrische Energie gemessen werden soll. Dieser Kern kann, oder kann auch nicht, je nachdem es verlangt wird, einen fortlaufenden Strom mit der Armatur des elektrischen Motors bilden.

Der Hauptstrom oder ein Theil desselben geht durch ein festliegendes Solenoid L¹, welches aus einem äufseren oder einem inneren Ringe / und Z¹ aus isolirtem starken Leitungsdraht besteht, welcher in derselben Richtung gewunden ist. Um die Wirkung des Solenoids zu kräftigen, können die Ringe innerhalb eines Eisencylinders und auf einen Eisencylinder gewunden werden, wie dargestellt.

Der bewegliche Kern L, welcher zwischen den beiden Solenoiden eingehängt ist (wie in der Zeichnung dargestellt), bewegt sich mehr oder weniger auf und nieder in Uebereinstimmung mit der Verschiedenheit der elektrischen Energie des Stromes und bewirkt so die Verstellung des Reibungsstückes d des Integrators auf der Fläche der Reibungsscheibe D.

An Stelle des oben beschriebenen Elektromotors kann man auch ein Uhrwerk anwenden, um die eine Scheibe des Dynamometers gleichmäfsig zu treiben, und das Uhrwerk kann verschiedentlich auf elektrischem Wege nach bekannten Methoden getrieben oder controlirt werden.

Das Dynamometer kann auch in anderer Weise wirken. So kann z. B. die Frictionsscheibe JD ersetzt werden durch eine Metallscheibe, welche sich zwischen den Polen eines Elektromagneten dreht, welchen der Hauptstrom oder ein bekannter Theil desselben passirt, oder durch ein Zahnrad D*, Fig. 13, oder ein anderes Getriebe, welches in Verbindung steht mit der Achse eines zweiten Elektromotors, der ähnlich dem vorher beschriebenen Motor ist. Bei dieser Anordnung läfst man einen dieser elektrischen Motoren durch das Dynamometer hindurch auf den anderen einwirken, welche Arbeit mehr oder weniger mit der Energie des durch die Leitung gehenden elektrischen Stromes variirt. '

In einzelnen Fällen wird der eine der Motoren von dem anderen vollkommen wie eine Dynamomaschine · getrieben werden, im allgemeinen aber ist es das beste für die Motoren, wenn sie so angeordnet werden, dafs sie abwechselnd auf einander wirken. Man theilt, wenn die in Fig. 14 und 15 gezeigte Combination angewendet werden soll,· den Hauptstrom oder einen bekannten Theil desselben in zwei Theile, von denen der eine um das magnetische Feld des einen Motors, z. B. K, und· der andere Theil um das magnetische Feld des anderen Motors, z. B. K\ geht. Diese Theile des Hauptstromes vereinigen sich dann wieder und setzen sich wie vor ihrer zeitweiligen Trennung fort. Durch Einschaltung.eines elektrischen Widerstandes R, Fig. 14, Blatt IV, in eine von diesen Zweigleitungen kann die' Kraft der Feldmagnete und somit der Motoren KK¹ in einer vortheilhaften Art festgestellt werden. Die Armaturen von hohem Widerstände mögen entweder einen fortwährenden Nebenstrom zwischen den Punkten χ und y bilden, zwischen welchen die elektrische Energie gemessen werden soll, oder unabhängig gebraucht werden.

Bei dieser Anordnung kann an Stelle des vorstehend beschriebenen Integrators eine Anordnung von Scheiben mm^lm²m³ und Differentialgetriebe i V undjj¹ angewendet werden, in Verbindung mit einer einzigen fortlaufenden elastischen· Treibschnur zur Uebertragung der Kraft von einem Motor K zu dem anderen K¹. Die erwähnte Schnur wird über die oben genannten Scheiben geleitet, wie dies in den Fig. 14 und 15 der Zeichnungen dargestellt ist. Wenn die Widerstände so adjustirt sind, dafs kein Motor auf den anderen wirkt, wird der Zeiger des Zählapparates in Ruhe bleiben, wenn jedoch ein Motor auf den anderen, z. B. auf K¹ wirkt, wird der Theil der Schnur, welcher von der Scheibe m zu der Scheibe w² geht, gespannt werden und strammer anliegen, als derjenige Theil, welcher von Scheibe m ³ zu Scheibe in geht. Die Scheibe m^;i und ihr Getriebe i¹ wird sich infolge dessen langsamer bewegen als die Scheibe m² und das Getriebe i, und das letztere Getriebe wird die Getriebe j p veranlassen, um das Getriebe wie um einen Stützpunkt zu laufen und eine Drehung der genannten Spindel bewirken, so lange der Motor K auf den Motor K¹ wirkt. Die letztere Einrichtung kann auch mit der vorhergehenden verbunden werden. Diese Combination ist in Fig. 15a gezeigt.

Behufs Messung der Kraft des Windes oder bewegter Gase ersetzt man einen oder beide der oben beschriebenen Elektromotoren durch passende Motoren, z. B. durch zwei gewöhnliche Windmesser mit · Kappen. Diese kann man von verschiedener Stärke herstellen und einen auf den anderen wirken lassen, oder man kann an Stelle des einen dieser Motoren die oben beschriebene Frictionsscheibenanordhung anbringen und die Stellung des Frictionsstückes auf der Scheibe durch den Druck des Windes oder Gases auf einen Flügel, welcher durch eine Feder belastet wird, reguliren. ■ . ·

Zur Messung der Menge einer fliefsenden Flüssigkeit, welche durch Röhren oder andere Leitungen hindurchgeht, theilt man das Hauptleitungsrohr in zwei Zweige von verschiedenen Durchmessern, oder richtet durch Hähne den Durchflufs der Flüssigkeit so ein, dafs durch einen Zweig mehr Flüssigkeit geht, als durch den anderen. In jedem dieser Zweige bringt man einen Motor an, der von der dürchfliefsenden Flüssigkeit getrieben wird, und verbindet dieselben so, dafs einer dieser Motoren auf den anderen wirkt, und mifst auf dieselbe Weise, wie oben für' Elektricitä't beschrieben, die Menge der durch die Röhre gegangenen Flüssigkeit. Diese Anordnung ist in Fig. 16 und ΐγ dargestellt, ι MM¹ sind die beiden Flüssigkeitskraftmaschinen. Der zu messende Wasserstrom ist in zwei Zweige getheilt, z. B. zwischen den Punkten Xund Y, und jeder Zweig treibt einen Motor. Die Motoren sind mit der Welle des Zählwerkmechanismus durch eine einzige fortlaufende elastische Schnur verbunden, wie die Zeichnung darstellt. Zwischen die beiden Motoren sind Getriebe, ähnlich den schon mit Bezug in Fig. 14 und 15 gezeigten und beschriebenen, eingeschaltet.

Wenn beide Motoren gleiche Geschwindigkeit haben, so werden bei dieser Anordnung sich die oberen Schnurscheiben m² m^s und ihre Getriebe i i^l mit gleicher Geschwindigkeit in entgegengesetzten Richtungen drehen, in- · dem sie das andere Räderpaar j j^l veranlassen, leer in ihren auf der Welle A sitzenden Lagern zu laufen. Wenn dagegen die Geschwind digkeit der beiden Motoren in einem gegebenen Verhältnifs verschieden ist, was leicht durch Stellung der Hähne. RR¹ in den Zweigröhren bewirkt werden kann und somit der Motor M auf den Motor M¹ Arbeit ausübt, so wird eine Spannungsdifferenz zwischen den beiden Seiten der Schnur e entstehen, welche über die Scheibe m geht, und die obere Scheibe m² wird stärker als die gegenüberstehende Scheibe m³ getrieben werden. Ist dies der Fall, dann werden die Getriebe j j^l sich um das Getriebe i¹ drehen, die Achse des Zählwerkes C in Rotation versetzen und dabei die Nadel über das Zeigerblatt bewegen. So wird indirect durch die geleistete Arbeit die Menge der durchgegangenen Flüssigkeit gemessen.

Statt der beiden Motoren in den Fig. 16 und 17 kann man auch nur einen Motor anwenden und diesen mit der Frictionsscheibe D und dem Frictionsstück d, wie es in den Fig. 18 und 19 gezeigt ist, verbinden.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Ein Dynamometer, bei welchem die Uebersetzung von der Wegscheibe nach einer Bremsscheibe mittelst eines elastischen Zugkraftorganes (e) erfolgt und das Moment des auf diese Bremsscheibe einwirkenden Hülfswiderstandes (d bezw. k k^l oder M) dem zu messenden Widerstände proportional verändert wird, dergestalt, dafs aus der entsprechenden Veränderung des Gleitungsbetrages (Schlipfes) jenes Zugkraftorganes die Indication der zu messenden Arbeit durch einen totalisirenden Zählapparat (C) bewirkt werden kann.

   Hierzu 5 Blatt Zeichnungen.