DE36096C

DE36096C -

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Publication number: DE36096C
Application number: DE188536096D
Authority: DE
Priority date: 1885-08-11
Filing date: 1885-08-11
Publication date: 1886-08-09

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

KLASSE 42: Instrumente.

Der Zweck der vorliegenden Einrichtung ist die Messung des durch die Bewegung eines in der Flüssigkeit rotirenden Flügelrades, oder auch durch die Bewegung eines Schiffes mittelst zweier Pitot'schen Röhren hervorgebrachten Unterschiedes der Druckhöhe zweier Flüssigkeitssäulen in einem verticalen Cylinder, und die Uebertragung dieses Druckes auf einen zwischen beiden Flüssigkeitssäulen befindlichen verschiebbaren Kolben oder Schwimmer, derartig, dafs zugleich ein dem Flüssigkeitsdruck entsprechender Widerstand überwunden wird, sowie Uebertragung der hierdurch entstehenden Bewegung mittelst einer Antriebsstange auf einen aufserhalb des Gefäfses befindlichen Zeigerund Registrirapparat.

Die Höhe des Raumes oberhalb des Kolbens ist so bemessen, dafs derselbe als Reservoir für die wirkende Flüssigkeit dient, so dafs die Bewegung der Stange bezw. des Zeigers nur durch die Druckhöhendifferenz und nicht durch die Menge der in dem Gefäfs enthaltenen Flüssigkeit bestimmt wird; hierdurch wird bewirkt, dafs bis zu einer bestimmten Grenze eine Veränderung der Höhe des Wasserstandes im Gefäfs durch Verdunsten etc. die Genauigkeit der Geschwindigkeitsanzeige nicht beeinflufst.

Die benutzten Apparate zum Anzeigen der Geschwindigkeit unterscheiden sich von den in den Patentschriften No. 33979 und No. 33863 beschriebenen darin, dafs der durch die Geschwindigkeit entstehende Flüssigkeitsdruck, statt eine Luftpressung hervorzubringen, hier einen Widerstand überwindet, dessen Bewegung auf ein Zeigerwerk übertragen wird.

Sollen die Apparate die Geschwindigkeit einer rotirenden Welle anzeigen, dann werden dieselben durch die Rohre r und r¹ mit einer Centrifugalpumpe (wie dieselbe in der Patentschrift No. 33863 beschrieben ist), sollen dieselben die Schiffsgeschwindigkeit anzeigen, dagegen (wie in der Patentschrift No. 33979) mit den aufser Bord gehenden Rohren verbunden.-

In dem Cylinder, Fig. 1, bewegt sich der Kolben k, welcher mit einem Schwimmer i verbunden ist, dessen unterer Theil in Quecksilber eintaucht. Drückt die Flüssigkeit den Kolben k nach unten, dann wird der Schwimmer i so tief in das Quecksilber eingetaucht, bis der Auftrieb desselben dem Flüssigkeitsdruck das Gleichgewicht hält. Die hierdurch entstehende Bewegung wird durch die Kolbenstange ο auf ein Zeigerwerk übertragen.

In Fig. 2 ist der Kolben durch eine Glocke k ersetzt; mit derselben ist der rohrförmige Schwimmer i verbunden, welcher unten in Quecksilber taucht. Wird die Flüssigkeit unter der Glocke abgesaugt, dann sinkt die Glocke und wird zugleich der Schwimmer i so tief in das Quecksilber eingetaucht, bis der Auftrieb desselben dem Flüssigkeitsdruck das Gleichgewicht hält. Wird die Flüssigkeit umgekehrt in den Raum unter der Glocke hineingetrieben, dann entsteht eine entgegengesetzte Bewegung.

In Fig. 3 ist unterhalb des Kolbens oder Schwimmers k zwischen beiden Flüssigkeitssäulen Quecksilber eingeschaltet; durch Oeffnungen am Boden stehen beide Gefäfse mit einander in Verbindung., Wird aus dem äufseren Cylinder die Flüssigkeit angesaugt, dann steigt das Quecksilber in demselben und fällt in dem

inneren Raurh. Diese Bewegung des Quecksilbers in dem inneren Cylinder wird durch den Schwimmer k und die Stange ο auf ein Zeigerwerk übertragen.

Fig. 4 zeigt dieselbe Einrichtung, jedoch ist die Durchgangsöffnung der Stange ο durch das Rohr_/, welches unten in das Quecksilber hineinragt, abgedichtet. Die Stangen b b verbinden den Schwimmer bezw. Kolben k mit der Stange o.

Fig. 5 ist eine Modification der beiden vorher beschriebenen Einrichtungen. In dem äufseren Cylinder ist ein ringförmiger Schwimmer k, welcher durch das Quecksilber getragen wird, angebracht. Der äufsere und innere Cylinder stehen durch im Boden angebrachte Oeffnungen mit einander in Verbindung. Der innere Cylinder, welcher nicht ganz die Höhe des äufseren erreicht, ist oben geschlossen. Wird die Flüssigkeit aus diesem Cylinder angesaugt, dann steigt in ihm das Quecksilber, während in dem äufseren das Quecksilber und zugleich der ringförmige Schwimmer sinkt. Wird umgekehrt die Flüssigkeit in den inneren Cylinder hineingedrückt, so fällt hier das Quecksilber und steigt in dem äufseren. Diese Bewegung des Quecksilbers wird durch Schwimmer und Stange ο auf ein Zeigerwerk übertragen.

In Fig. 6 ist mit dem hohlen Schwimmer k der Schwimmer i verbunden, dessen unterer Theil in Quecksilber eingetaucht ist. Je nachdem die Flüssigkeit aus dem hohlen Schwimmer angesaugt oder hineingetrieben wird, steigt oder fällt der Schwimmer und mit demselben die Stange o, welche die Bewegung auf das Zeigerwerk überträgt.

Um eine Bewegung der Stange ο in einem anderen Verhältnifs als proportional der Druckhöhe der Flüssigkeit zu erzielen, kann dem Schwimmer i oder dem Behälter dort, wo dieselben mit dem Quecksilber in Berührung kommen, statt der cylindrischen eine andere passende Form (parabolische) gegeben werden.

Die beschriebenen Apparate können dahin abgeändert werden, dafs statt Wasserdruckes Luftdruck, welcher so wie in den Patentschriften No. 33485, 33863 und 33979 hervorgebracht wird, die Bewegung des Kolbens, Schwimmers bezw. der Antriebsstange 0 bewirkt.

Die Bewegung der Kolbenstange ο wird mittelst Gleitschiene, Hebels, Zahnsegments und Triebes auf den Zeiger übertragen. Die Länge des Hebels und der Kolbenstange 0 ist verstellbar, um die Gröfse der Zeigerbewegung justiren zu können. Durch diese Uebertragung wird bewirkt, dafs die Zeigerbewegung genau der durch Berechnung festgestellten Scala angepafst werden kann.

Die Gröfse der Zeigerbewegung ist, wie in Fig. i, Blatt II, gezeichnet, proportional dem Bogen, welcher durch den Hebel bezw. das Zahnsegment beschrieben wird. Die Bewegung der Stange ο bezw. der Gleitschiene erfolgt nach dem Quadrat der Geschwindigkeit, und die Gröfse der Zeigerbewegung berechnet sich folgendermafsen:

Sei die Länge des Hebels = ι, der Winkel α, welchen der Hebel in der Anfangsstellung (Ruhe) mit der Verticalen bildet, = 20⁰, der Winkel, welchen der Hebel bei der gröfsten Geschwindigkeit mit der Verticalen bildet, =86°, dann ist die Gröfse der Bewegung der Stange ο bezw. der Gleitschiene gleich (1 — cos 86°) — (1—cos2o^c), oder da

ι —.cos 86° = 0,930244
ι —cos 20° = 0,060307 ist,

0,869937 = Gröfse der

Bewegung der Kolbenstange bezw. der Gleitschiene.

Würden dem Winkel von 86°, welchen der Hebel bei der gröfsten Geschwindigkeit mit der Verticalen bildet, 150 Umdrehungen der Maschine pro Minute entsprechen, so würde die Höhe für 1 Umdrehung sich folgendermafsen berechnen lassen:

Die Länge der ganzen Bewegung ist bei 150 Umdrehungen, wie oben berechnet, = 0,869937, bei ι Umdrehung also

0,869937

ι50² 22 500

η Umdrehungen =
10 - =

= 0,000038663,

Ώ. · 0,000038663,
100 · 0,000038663
= 0,0038663,
20 - = ' 400*0,000038663

= 0,0154652,
30 - = 900 · 0.000038663

= 0,0347967,

- 150 - =22500-0,000038663

= 0,869937.

Die Gröfse des dieser verticalen Bewegung entsprechenden Bogens, welchen der Hebel beschreibt, ist gleich dem Winkel von (1 —cos); dessen Gröfse ergiebt sich, wenn man zu der Gröfse der Bewegung der Gleitschiene 1 — cos des Winkels der Anfangsstellung addirt, diese ganze erhaltene Länge als (1—cos) einsetzt, den hierzu gehörigen Winkel aufsucht und von diesem endlich den Winkel der Anfangsstellung, hier 20⁰, abzieht.

Es ergiebt sich also die Länge von (1 —cos) des bei 10 Umdrehungen gebildeten Winkels folgendermafsen:

10 Umdrehungen.: 0,0038663 -\- 0,060307

= 0,064173 = (1 — cos),

20 - 0,015465 -{-.0,060307

= 0,075772 = (l COS),

30 - 0,034796 -f- 0,060307

= 0,095103 = (l — COS),

150 - 0.869937 -f- 0,060307

= 0,930244 = (1 — cos);

Zu dieser erhaltenen Zahl ist der zugehörige Bogen aufzusuchen und von demselben die Anfangsstellung des Hebels, also 20⁰, abzuziehen. Da sich der Radius des Triebes zu dem Radius des Zahnsegments wie 1 : 5 verhalt, ist endlich die erhaltene Bogendifferenz mit 5 zu multipliciren.

Bei der Hebelstellung von
. jo Umdrehungen ist (i — cos)

= 0,064173, der zugehörige Bogen 20⁰ 38' 16"

20"

Bewegung des Zeigers =

38' 16"·

20

(1 — cos) = 0,075772, der zugehörige Bogen 22⁰ 26' 52"

20"

2° 26' 52"

Bewegung des Zeigers =

3°

- (1 — cos)

12°.14' 20" '

0,095103, der zugehörige Bogen 25⁰ 11' 26"

20°

5⁰Ii' 26"

150

Bewegung des Zeigers = — (i — cos) = 0,930224, der zugehörige Bogen

57 ^lu

20"

Bewegung des Zeigers

66°

In unserem Beispiel verhält sich die Länge des Hebels zu der ganzen Bewegung wie ι :'0,869 937. Würde dagegen die Länge der ganzen Bewegung 80 mm betragen, so liefse sich die Länge χ des Hebels folgendermafsen berechnen:

ι : 0,869937 = χ : 80

x = = oi,6imn.

0,869937 ^J ■

Hieraus folgt, dafs eine auf diesem W^Tege eingetheilte Scala für verschiedene Steighöhen gebraucht werden kann; es ist zu diesem Zweck die Länge des Hebels und die Höhe der Gleitschiene verstellbar, um die für die Nullstellung des Zeigers erforderliche Winkelstellung des Hebels zu reguliren. .

Eine gleiche Eintheilung der Scala ergiebt sich, wenn bei den in Fig. 1, 2 und 6, Blatt I, dargestellten Einrichtungen durch die Druckdifferenz ein Gewicht P, Fig. 2, Blatt II, gehoben wird.

Die Kolbenstange ο ist mit dem Kreissegment S im Mittelpunkt c desselben drehbar verbunden. Bei f ist mit S ein Band oder eine Kette verbunden, welche bei g aufgehängt ist; ebenfalls wirkt bei f mittelst eines Evans'schen Lenkers das an dem bei d drehbaren Hebel e befestigte verstellbare Gewicht P. Mit der Stange 0 ist die Zahnstange h verbunden, welche mittelst des Triebes i den Zeiger \ bewegt. Bewegt sich die Stange 0 nach oben, dann wickelt sich der Kreisbogen S an dem Band / ab, und es wird hierdurch das Gewicht P gehoben und zugleich der Aufhängepunkt der Stange 0 genähert.

In Fig. 3 bis 6, Blatt II, sind verschiedene Höhenlagen des Punktes c schematisch dargestellt; es geht daraus hervor, dafs das Gewicht P an einem einarmigen Hebel hängt, dessen Arm der Kraft sich gleichbleibt, während der Arm der Last, woran das Gewicht P wirkt, beim Aufwärtsbewegen des Punktes c vergröfsert wird. Da nun der Druck der Flüssigkeit, welcher durch die Kolbenstange 0 auf das Kreissegment übertragen wird, nach dem Quadrat der Geschwindigkeit zunimmt, so mufs, wenn Gleichgewicht stattfinden soll, auch der Punkt f, woran das Gewicht P hängt, in demselben Verhältnifs sich der Stange nähern.

Die verticale Bewegung von 0, welche gleich ist der Länge des Bogens, welcher sich an dem Bande abwickelt, wird durch die Zahnstange h und den Trieb i auf den Zeiger übertragen, und ist also die Zeigerbewegung proportional der abgewickelten Bogenlänge. Während in der Einrichtung Fig. 1, Blatt I, die verticale Bewegung der Gleitschiene nach dem Quadrat der Geschwindigkeit zunimmt, wie Fig. 1, Blatt II, zeigt, wird hier, wie in Fig. 6, Blatt II, schematisch dargestellt, das Gewicht nach dem Quadrat der Geschwindigkeit der Stange ο genähert.

Die Länge des abgewickelten Bogens für eine bestimmte Geschwindigkeit wird nach der Gröfse der horizontalen Bewegung des Gewichtes P, welche letztere ebenfalls, wie bei der vorigen Einrichtung die verticale Bewegung, nach dem Quadrat der Geschwindigkeit zunimmt, berechnet.

Sei die Länge des Hebels bezw. Radius von S=i, der Winkel a, welchen der Hebel in der Anfangsstellung mit der Horizontalen bildet, =20°, der Winkel, welchen der Hebel bei der gröfsten Geschwindigkeit mit der Horizontalen bildet, = 86°, dann ist die Gröfse der horizontalen Bewegung des Aufhängepunktes f des Gewichtes P = (i —cos 86°) — (i — cos 20°) oder gleich

ι — cos 86° = 0,930244

1 — cos 2o° = 0,060307

0,869937 = Gröfse
der horizontalen Bewegung.

Die Berechnung der übrigen Gröfsen erfolgt weiter ebenso wie bei der vorigen Aufstellung.

Claims

Patent-Ansprüche:

i. Ein Geschwindigkeitsmesser, bei welchem die durch die Geschwindigkeit hervorgebrachte Druckdifferenz zweier Flüssigkeitssäulen in einem verticalen Gefäfs einen zwischen beiden Flüssigkeitssäulen befindlichen verschiebbaren Kolben oder Schwimmer derartig bewegt, dafs hierdurch zugleich ein Widerstand überwunden wird, welcher der Druckdifferenz der beiden Flüssigkeitssäulen das Gleichgewicht hält.
2. Ein Zeigerwerk für Geschwindigkeitsmesser, bei welchem die durch die Geschwindigkeit entstehende verticale Bewegung der Antriebsstange derartig auf einen Hebel übertragen wird, dafs die Gröfse der Winkelbewegung dieses Hebels so regulirt werden kann, dafs bei verschiedenen Ausschlagsgröfsen der Antriebsstange bei gleicher Geschwindigkeit stets die Gröfse der Winkelbewegung des Hebels in einem bestimmten Verhältnifs zur Geschwindigkeit steht, sowie Uebertragung dieser Bewegung des Hebels mittelst Zahnsegments (Zahnstange) und Triebes auf einen Zeiger- und Registrirapparat, so dafs hierdurch die Benutzung derselben Scala für verschiedene Ausschlagsgröfsen der Zeigerantriebsstange bei einer bestimmten Geschwindigkeit ermöglicht wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.