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Verfahren und Einrichtung zur Leistungsmessung an Kolbenkraftmaschinen.
Die Erfindung bezieht sich .auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Leistungsmessung
an Kolbenkraftmaschinen.
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Bekanntlich wird für gewöhnlich die r.eitung einer Kolbenkraftmaschine
unter Zuhilfenahme eines Indikators gemessen, der le-i Druckverlauf im Zylinder
in Funktion -.les Kolbenweges aufzeichnet, so ,daß dann der mittlere indizierte
Druck und damit die indizierte Leistung rechnerisch bestimmt werden können.
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Es sind bereits Verfahren und Einrichtungen bekannt, zum Zwecke der
Messung der indizierten Leistung von Kolbenkraftmaschinen, welche einen von der
zu messenden Maschine erzeugten, unter dem Einflusse des Zylinderdruckes stehenden
Wechselstrom sowie ein in den Stromkreis geschaltetes Meßinstrument zur Angabe der
Leistung verwenden.
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Den bis jetzt bekannten Verfahren haftete der Mangel an, daß der Einfluß
der endlichen Pleuelstangenlänge nicht berücksichtigt werden konnte. Hierdurch entstand
eine Fehlerquelle, die io Prozent und mehr Unterschied vom, wirklichen Resultat
ergab und daher solche Messungen unzulänglich machte.
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Zweck vorliegender Erfindung ist nun, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu schaffen, bei welchen der Einfluß ,der endlichen Pleuelstangenlänge berücksichtigt
wird.
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Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß im Sinne des Brixschen
Verfahrens eine Verschiebung der Dynamowelle gegen die Kurbelwelle nach .dem Zylinder
zu um, .den .2
Betrag von 21 vorgenommen w 'rd, wodurch bei dem nun mit veränderlicher
Winkelgeschwindigkeit erfolgenden Antrieb der Dynamomaschine der erzeugte Strom
der Kolbengeschwindigkeit bei endlicher Pleuelstangenlänge proportional ist. ' Bei
der Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens ist zwischen der Kraftmaschinenwelle
und der Antriebswelle eines Wechselstromerzeugers mit sinusoidalem Stromverlauf
eine Mitnehmerkupplung eingebaut.
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Ferner wird gemäß der Erfindung .der Strom, zur Erzeugung,der elektrischen
Größe, welche dem Zylinderdruck entspricht, einer besonderen Stromquelle entnommen
und das Produkt der .beiden elektrischen Größen in einem Wattmeter ,gemessen.
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Auf -der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht, und zwar zeigt: Abb. i schematisch. .die Einrichtung zur Leistungsmessung
an einer Dampfmaschine; Abb. 2 ist ein Schnitt nach der Linie II-II der Abb. i Abb.3
zeigt, zum Teil mehr konstruktiv ausgebildet, gewisse Teile dieser Einrichtung in
einem größeren. Maßstäbe.
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i bezeichnet den Zylinder einer Kalbendampfm,aschine, deren Kolben
2 unter Vermittlung einer Kolbenstange 3, eines Kreuzkopfes. q., einer Pleuelstange
5 und eines Kurbelarmes 6 eine Kurbelwelle 7 antreibt. 8 bezeichnet einen als Dynamo
ausgebildeten und in einer weiter unten noch näher beschriebenen Weise von der Kurbelwelle
7 angetriebenen Wechselstromerzeuger, dessen Wi-cklungs- und Magnetverhältnisse
so gewählt sind, ,daß er bei gleichförmigem Gang einen dem Sinus des Kurbelwinkels
proportionalen Strom liefert, der in den Augenblicken, wo die Kurbel .durch die
Totlagen geht, die Richtung ändert un-d demnach der bei unendlicher Pleuelstangenlänge
sich ebenfalls mit dem Sinus. des Kurbelwinkels verändernden Kolbengeschwindigkeit
proportional ist.
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Um auch bei endlicher Pleuelstangenlänge in der Dynamo 8 einen der
veränderlichen
Kolbengeschwindigkeit proportionalen Strom zu erhalten,
,ist- bei der dargestellten Einrichtung zwischen Kurbel 6 und Dynamowelle 9 eine
Mitnehmerkupplung eingebaut, welche eine dem Brixschen bizentrischen Verfahren entsprechende
Verschiebung der Dynamomaschine 8 gegen die Kurbelwelle 7 nach dem Zylinder i der
Kolbenmaschine hin gestattet. Diese Mitnehmerkupplung weist im wesentlichen zwei
Kurbelarme io, i i auf, von denen der Kurbelarm io, welcher mit .der Welle 7 der
Maschinenkurbel 6 gleichlaufend gekuppelt ist, den andern auf der Dynamovvelle 9
sitzenden Arm z i derart mitnimmt, daß bei der ,gezeigten Verschiebung der Dynamowille
9 gegen idie Kurbelwelle 7 um den z Betrag e = 2 - (worin y den Halbmesser der Kurbel
6 und l die Pleuelstangenlänge bezeichnet) der Zapfen 12 des. getriebenen Armes
i i in dem gabelförmigen Ende des treibenden Armes. io beim Kalben@hingange relativ
nach innen, beim Kolbenhergange nach außen gleitet. Der Arm m erhält somit eine
relativ verzögerte und auch beschleunigte Drehbewegung ,mitgeteilt, und die Längen.
von den Fußpunkten der Projektionen- des Zapfens - i2 auf eine durch die Achsen
der Wellen 7 und 9 und @die Kurbeltotlagen hindurchgehendenEbene bis. zu einer Totpunktlage
des Zapfens 12 -entsprechen den Kolbenwegen für die jeweilige Kurbelstellung. Diese
Längen werden von den Projektionsfußpunkten mit einer der Kolbengeschwindigkeit
proportionalen Geschwindigkeit durchlaufen.. Wird nun ein homogenes magnetisches.
Feld so vorgesehen, daß seine Kraftlinien senkrecht zur Ebene durch die Wellenachsen
und Kurbeltotpunktlagen verlaufen, so werden in einem in Richtung der Achse des
Zapfens 12 gedachten elektrischen Leiter 13 (Abb. 3) Ströme .erzeugt, die, da sie
den senkrecht durchschnittenen Kraftlinien proportional sind, der Geschwindigkeitskomponente
14 (Abb. i) des Leiters und somit auch den Kolbengeschwindigkeiten proportional
sind und m-it dem Hubwechsel die Richtung ändern. E's gestattet somit diese Anordnung,
die Kolbengeschwindigkeit in einen mit dem Kolbenhubwechsel das Vorzeichen ändernden
.elektrischen Strom zu verwandeln. Der in der Dynamomaschine 8 erzeugte Strom fließt
durch einen Leiter 15.
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Am Zylinder der Dampfmaschine i ist ein Stutzen 16 angebracht, in
dem ein be-,veglicher Indikatorkolben 17 angeordnet- ist. Dieser Kolben 17
ist ,auf der unteren Seite dem Druck ausgesetzt, der jeweils in dem. auf der linken
Seite des Kolbens 2 gelegenen Zylinderraum herrscht, und auf der oberen Seite .dem
Atmosphärendruck. Der Indikatorkolben 17 ist an. einer Stange 18 angebracht, an
deren anderem Ende ein Ende einer Feder i9 befestigt ist. Das zweite Ende der Feder
i9 ist mit einem feststehenden Teil 2o verbunden.
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21 bezeichnet ein elektrisch leitendes Kontaktsegment, das behufs
proportionaler Übertragung und Vergrößerung .der gradlinigen Bewegung des, Indikatorkolbens
17 am Zentrum seines Stromab-nehmerkreisbogens 22 durch eine Gabel 23 der
Stange 18 mitgenommen wird. Der Stromabnehmerkreisbogen 22 kann auf einer Kreisfläche
24 abrollen, welche durch Widerstandselemente 25, 26 gebildet wird. Das Kontaktsegment
21 ist aus, magnetischem Material hergestellt und kann behufs guter Kontaktherstellung
zwischen dem Stromabnehmerkreisbogen 22 und den Widerstandselementen 25 und 26 durch
einen Magnet 27" (A-bb. 2) gegen das berührende Kontaktelement gepreßt werden. Je
nach .dem. in der linken Hälfte des Zylinders der Kolbenkraftmnaschine herrschenden
Drucke wird der Indikatorkolben 17 mehr oder weniger in die Höhe bewegt, und infolge
Abrollens des Segmentes 21 an der Fläche 24 werdcri dann mehr oder weniger Widerstandselemente
25 oder 26 in. einen eine Batterie 27 und einen Leitungsteil 28 aufweisenden Stromkreis
zu- oder abgeschaltet. Auf diese Weise wird erreicht, daß die von der beschriebenen
Kontaktvorrichtung beeinflußten und durch den Leitungs-teil28 fließenden Ströme
sich jeweils .den unter dem Indikatorkolben 17 herrschenden Drucken proportional
ändern. Die Anordnung ist dabei derart, daß .das Segment 21 so lange mit einem .der
Widerstandselemente 25 in Kontakt steht, als. der Druck im Zylinder .größer als
Atmosphärendruck ist. Der Strom fließt .dann von. der Batterie nach den Widerstandselementen
25, um ,an der Stelle, wo der Stromabnehmerkreisbogen 22 mit einem dieser Elemente
25 in Berührung kommt, in denselben überzufließen, von wo er dann in der in Abb:
i durch den mit dem ---Zeichen versehenen Pfeil angedeuteten Richtung durch. den
Leitungsteil 28 und somit durch .das Wattmeter 2,9 fließt, um über die Widerstandselemente
26 zurück in die Batterie 27 zu. gelangen. Sinkt dagegen der Druck in der linken
Zylinderhälfte unter Atmosphärendruck, so arbeitet das Segment 21 mit -einem der
. Widerstandselemente 26 zusammen. Der Strom fließt in diesem Falle von der Batterie
27 nach den Widerstandselementen 2.5, durch welche er von oben nach unten .hindurchtritt,
dann -in .dem in Abb, i durch den mit dem -Zeichen: versehenen Pfeil angedeuteten
Sinne durch denLeitungsteil 2$ und somit durch das Wattmeter 29,
hierauf
durch den Stromabnehmerkreisbogen 22, um von letzterem, da wo er mit einem der Widerstandselemente
26 in Berührung kommt, in das betreffende Element überzufließen und schließlich
vom untersten dieser Elemente zurück in die Batterie 27.
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Die durch die Leitung 15 und den Leitungsteil 28 fließenden Ströme
wirken in dem Wattmeter 29 mit aperiodischer Dämpfung aufeinander ein. Da nun der
von der Dvnamomaschine 8 erzeugte Strom der augenblicklichen Kolbengeschwindigkeit
proportional ist, und anderseits die von der Kontaktvorrichtung 22, 24 beeinflußten
Ströme je-
weils den unter dem Indikatorkolben 17 herrschenden Drucken proportional
sind, so erhellt, daß das Wattmeter 29 als Mittelwert einer Reihe von Produkten
aus der Stromspannungdes durch die Leitung 15 fließenden Stromes und der Stromstärke
des durch den L eitungsteil 28 fließenden Stromes die indizierte Leistung der Maschine
anzeigen kann, die je nach :der Skalaeinteilung des, Wattmeters als Leistung pro
Flächeneinheit des Maschinenkolbens oder als augenblickliche Gesamtleistung der
Maschine .abgelesen werden kann.
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Erforderlichenfalls kann man durch das Kontaktsegment 21 anstatt Widerstandselemente
eines Stromkreises auch Elemente einer Batterie zu- oder abschalten lassen.
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Anstatt den Zylinderdruck durch Zu- und Abschalten von Ohmschen Widerständen
in dem Stromkreis einer konstanten Batterie in proportionale elektrische Ströme
und diese wiederum im Wattmeter in proportional mit diesen Strömen schwankende Kraftlinienflüsse
zu verwandeln, könnte auch erforderlichenfalls der eine Kraftlinienstro.m des Wattmeters
durch Veränderung des magnetischen Widerstandes eines vorhandenen Kraftlinienflusses
direkt proportional dem Zvlind@e tdrucke verändert werden.