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Einrichtung zur DIessung und Anzeige des Tangentialdruckes oder auch
der Leistung von Kolbenraaschinen. In den Patenten 312833 und-396964 sind Wege gewiesen,
um in einfacher Weise den Tangentialdruck und die Leistung von Kolbenmaschinen zu
messen. Das Patent 312833 schätzt ein Verfahren, welches darauf beruht, daß die
an der Kurbel eines der zu messenden Maschine kinematisch ähnlichen Kurbelgetriebes
auftretenden Tahgentialdrucke, welche denjenigen der Maschine proportional sind,
gemessen werden. Gegenstand des Patentes
396964 bildet eine
Einrichtung mit einem auf einer synchron mit der Maschine umlaufenden Scheibe radial
angeordneten Hebel, auf den durch den Umlauf der den Hebel tragenden Scheibe Drehmomente
übertragen werden, welche sich ebenfalls proportional mit denjenigen der Maschine
ändern. Bei den beiden Einrichtungen handelt es sich also um Messurgen von Drehmomenten,
welche auf einen umlaufenden Teil (im ersten Falle auf die Kurbel, im zweiten Falle
auf den Hebel) übertragen werden. Die vorliegende Erfindung hat die besondere Ausbildung
einer Vorrichtung zum Gegenstande, die unter Benutzung der beiden genannten Grundgedanken
die Messung und Anzeige dieser Drehmomente in einfachster Weise bewerkstelligt.
Diese einfache Ausbildung des Apparates wird in erster Linie dadurch ermöglicht,
daß die Relativverstellung des an der mit der Kraftmaschine synchron umlaufenden
Kurbel oder Scheibe sitzenden Hebels gegenüber der die Meßfeder tragenden Scheibe
mittels eines besonders ausgebildeten Übersetzungsgetriebes in eine proportionale
Relativverstellung einer fest am Gehäuse gelagerten Welle diesem Gehäuse gegenüber
umgewandelt wird. Vor allem ermöglicht diese Anordnung, auf eine absolute Phasengleichheit
der Kurbel des Getriebes oder auch des Schwinghebeis mit der Maschinenkurbel zu
verzichten, da das Übersetzungsverhältnis dieses übersetzungsgetriebes so groß gewählt
werden kann, daß diese Getriebekurbel oder dieser Schwinghehel innerhalb des Meßbereiches
nur um einen so kleinen Betrag aus der Phasengleichheit mit der Maschinenkurbel
abweicht, daß dadurch das Meßergebnis nicht beeinflußt wird. Weiterhin ist man dadurch
auch in der Lage, die sonst erforderliche rotierende Masse im Verhqltnis der Übersetzung
kleiner und ruhend auszubilden, m-odurch erst eine brauchbare und gedrängte Ausbildung
der Vorrichtung ermöglicht wird.
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Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Einrichtung in Anwendung
auf die zweite Einrichtung gemäß Patent 396964 dargestellt, welche bei geringen
Konstruktionsänderungen sinngemäß auch für die Einrichtung gemäß Patent 312833 Verwendung
finden kann. Es zeigt: Abb. i die Meßvorrichtung im Querschnitt, Abb.
-- den mittleren Teil eines Schnittes nach Linie 14 der Abb. i; in Abb.
3 zeigt die linke Hälfte einen Schnitt nach Linie II-II und die rechte Hälfte
einen Schnitt nach Linie III-III der Abb. i; Abb- 4 zeigt die Meßvorrichtung in
Oberansicht.
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Ein beispielsweise f Ur eine doppelt wirkende Kolbenmaschine
bestimmter Meßapparat genannter Art ist in seinem grundsätzlichen Aufbau wie folgt
ausgebildet - In dem unteren Teil des Gehäuses A sind diametral zueinander
in zwei kleinen Zylindern a Kolben k eingesetzt. Die Räume hinter diesen
Kolben sind durch Rohrleitungen mit je einer Zylinderseite der Kraftmaschine
verbunden, so daß auf den einen Kolben der Druck der einen Zylinderseite und auf
den anderen Kolben. der Druck der anderen Zylinderseite einwirkt. Beide Kolben
k sind durch einen Träger m
starr miteinander verbunden, so daß auf
den an diesem Träger n sitzenden Zapfen n` bereits der resultierende Druck beider
Zylinderseiten mittels des Lenkers 1 auf den Zapfen c und von diesem auf
den Schwinghebel d übertragen wird, der über den Zylindern a in dem Rauine
B des Außengehäuses angeordnet ist. Auf diese Weise werden im Gegensatz zum Indikator
mit einem Apparat gleichzeitig beide Zylinderseiten indiziert. Der Schwinghebel
d
ist in die gehäuseartig ausgebildete Scheibe f
eingebaut. Diese Scheibe
ist mittels nabenartiger Ansätze in dem Außen '-ehäuse des Apparates drehbar gelagert
und wird mittels eines Schraubenräderpaares h, h' durch den Antrieb i in einen mit
der Maschine synchronen Umlauf versetzt. Der Antrieb wird dadurch gesichert, daß
das eine Schraubenrad h auf der Nabe f' der Scheibe f aufgekeilt ist.
Die ganze Antriebsvorrichtung ist in dem Raume C
des Gehäuses untergebracht.
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Das auf den Schwinghebel d übertragene Drehmoment wird zunächst
durch ein an dem Hebel sitzendes Zahnsegment b und eine in dieses Segment
eingreifende Verzahnung in' auf eine in dem umlaufenden Gehäuse f drehbar
gelagerte Welle m übertragen. Die Welle m und das Gehäuse f drehen sich mit
der gleichen Geschwindigkeit, und es tritt eine relative Verstellung dieser Teile
nur dann ein, wenn von den Kolben aus, wie oben erwähnt, ein Drehmoment übertragen
wird.
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Um dieses auf einen umlaufenden Teil übertragene Drehmoment nach außen
kenntlich zu machen, wird ein in dem oberen und innen gelegenen Raum D des
Gehäuses A angeordnetes Übersetzungsgetriebe verwendet. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel hat dieses Übersetzungsgetriebe folgende Ausbildung erhalten.
Es besteht aus den gleich großeri außen verzahnten Zahnlzränzen o und
p, aus zwei gleich großen innen verzahnten Zahnkränzen o' und p, die
die erstgenannten Zahnkränze ringförmig umgeben, und ferner aus zwei gleich großen
Zahnrädern r und s, die in die Zahnkränze o, o' bzw. P, p' eingreifen.
Die beiden innen verzahnten Zahnkränze o', P' sitzen an einer Büchse q, die in der
den Innenraum D seitlich abschließenden Gehäusewand drehbar gelagcrt ist.
Von den beiden innen liegenden Zahnkränzen o, P ist der eine Zahnkranz
o
an dem Gehäuse des Apparates befestigt und dadurch festgehalten. Der andere Zahnkranz
P dagegen ist zu einem Zahnrad ausgebildet, das auf den Enden einer in der
oberen Gehäusewand sieh freibewegenden Welle t aufgesetzt ist. Von den beiden Zahnrädern
r und s, die sich zwischen den Zahnkränzen o, o' und P, P' abrollen,
ist das erstgenannte Zahnrad r mittels des Hebels r' mit der Nabe f' der umlaufenden
Scheibe f verbunden, während das zweite Zahnrad s mittels des Hebels s' mit
der in der Nabe f' drehbar gelagerten Weile m verbunden ist.
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Aus dieser Anordnung des Übersetzungsgetriebes ergibt sich eine Ibertragung
des auf die Welle in wirkenden Drehmomentes auf die Welle t, welche im Gegensatz
zu der Welle -»t nicht mehr eine Verstellung relativ zu der umlaufenden Scheibe
f*, die nicht unmittelbar beobachtet werden kann. ausführt, sondern eine Verstellung
relativ zu dem feststehenden Außengehäuse A, in dein sie gelagert ist, erfährt.
Das auf die Welle 1 übertragene Drehmoment kann daher durch eine Feder
g
aufgenommen werden, deren eines Ende an einem im Außengehäuse A festgehaltenen
Stift g'
angreift und deren anderes Ende mit der Welle 1
fest verbunden
ist. Das durch die Feder aufgenommene Drehmoment wird dann durch einen mit der Welle
1 in Verbindung gebrachten Zeiger u an einer am Gehäuse t befestigten Skala
v ohne weiteres angezeigt (Abb. 4).
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Das Übersetzungsgetriebe kann auch in anderer Weise ausgebildet sein,
sofern es nur den erstrebten Zweck erreicht. Auch kann zwischen der Welle t und
dem Zeger it eine Übersetzung beliebiger Art eingeschaltet sein, um den Ausschlag
des Zeigers zu vergrößern.
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Die Bedeutung des beschriebenen übersetzungsgetriebes besteht nicht
allein in der Übertragung der Verstellung des Hebels d
gegenüber dem umlaufenden
Gehäuse f in eine entsprechende Verstellung der Welle t, die unmittelbar
beobachtet werden kann, sondern hauptsächlich auch darin, daß das Übersetzungsverhältnis
zwischen der Verstellung des Hebels d und der Welle t durch geeignete
Größenbemessung dieses Getriebes und der Verzahnung m beliebig groß gemacht werden
kann. Dies ist aber für die Ausführbarkeit und Verwendbarkeit des Meßverfahrens
aus nachstehenden Gründen von besonderer Bedeutung.
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Das neue Verfahren beruht auf der Messung des auf den Hebel
d übertragenen intermittierenden Tangentialdruckes. Die Messung wird durch
Übertragung des Drucke.s auf ein Meßorgan (Feder g) bewerkstelligt, dessen
Nachgeben dann als Maß des Druckes erscheint. Das Nachgeben des Meßorgans
g hat aber eine im gleichen Sinne erfolgende Verdrehung des Hebels
d relativ zur Scheibe f und somit auch zur Maschinenkurbel zur Folge,
wodurch die Phasengleichheit zwischen dem Hebel d und der Maschinenkurbel,
auf der das ganze Meßverfahren beruht, aufgehoben wird.
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Um diese Schwierigkeit zu umgehen, gibt es zwei Möglichkeiten. Die
eine besteht darin, daß vor jeder Ablcsung etwa durch Verstellung des in dem Gehäuse
A festgehaltenen Endes der Feder - der Hebel d so lange verstellt
wird, bis etwa durch eine geeignet ausgebildete Synchronisiervorrichtung Phasengleichheit
zwischen Hebel d und Maschinenkurbel angezeigt wird. Erst dann kann die Ablesung
vorgenommen werden. Dieses bringt aber den grundsätzlichen Nachteil mit sich, daß
vor jeder Ablesung eine Einjustierung oder Synchronisierung des Apparates notwendig
ist, was die Brauchbarkeit des Apparates sehr in Frage stellt, da im allgemeinen
nur so!che Meßvorrichtungen zur universellen Verwündbarkeit gelangen, bei welchen
die Ausführung der Messung sich lediglich auf die Ablesung des Meßwertes auf der
Skala des Apparates beschränkt, ohne daß irgendwelche weiteren Manipulationen notwendig
werden. Es sei noch bemerkt, daß bei Maschinen mit rasch schwankender Belastung
die Synchronisierung, die dann sehr rasch erfolgen müßte, unter Umständen undurchführbar
und somit die Anwendbarkeit des Apparates unmöglich wird.
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Die andere Möglichkeit, die bei der vorliegenden Erfindung Verwendung
findet, besteht darin, daß auf eine absolute Phasengleichheit zwischen Hebel
d und Maschinenkurbel bei jeder Belastung grundsätzlich verzichtet wird und
für den Hebel d eine gewisse, von der Belastung abhängige Abweichung von
der genau radialen Lage auf der Scheibe f
zugelassen wird, welche jedoch nur
auf einige wenige Grade beschränkt wird, so daß der durch diese Abweichung von der
absoluten Pbasengleichheit zwischen Hebel d und Maschinenkurbel entstehende
Meßfehler so klein bleibt, daß er vernachlässigt werden kann. Die Ausführung des
Apparates entsprechend der letzterwähnten Möglichkeit ist durch die Verwendung oben
beschriebenen, eine beliebig große Übersetzung zulassenden übersetzungsgetriebes
ohne weiteres gegeben, da bei einem ausreichend bemessenen Hub der Feder
g der Verdrehungswinkel des Hebels d
durch entsprechende Bemessung
der Übersetzung vers#.hwindend klein gehalten werden kann. Die Verwendung dieses
Getriel-#es ermöglicht aber noch eine weitere Maßnahme, die für die praktische Ausführbarkeit
des Apparates von Wichtigkeit ist.
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Entsprechend dem intermittierenden Charakter
der
Tangentialdrücke von Kolbenmaschinen werden auf den Hebel d im allgemeinen
innerhalb einer Umdrehung der Maschine zweimal zwischen Null und den Maximalwerten
schwankende Drücke übertragen. Der Apparat soll aber nicht den Jeweiligen Momentanwert
des Druckes, der infolge raschen Druckwechsels gar nicht ablesbar wäre, anzeigen,
sondern den zeitlichen Mittelwert desselben. Ein derartiger Mittelwert wird ohne
weiteres erhalten, indem man zwischen dem den intermittierenden Druck aufnehmenden
Organ und dem Meßorgan oder der Anzeigevorrichtung eine Schwungmasse einschaltet,
die durch ihre Massenträgheit die intermittierenden Drücke in einem dem zeitlichen
Mittelwert entsprechenden Druck umwandelt. Die Masse wirkt dann analog dem Schwungrad
einer Kraftmaschine.
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Bei dem beschriebenen Apparat ist eine solche Masse zei in dem Ringraume
E des Gehäuses A untergebracht und vermittels einer Scheibe w' mit
der Welle t fest verbunden. Diese Anordnung hat gegenüber den anderen Möglichkeiten
der Verbindung der Masse unmittelbar mit dem Hebel d oder der Welle m den
Vorteil, daß erstens auf die Masse ein im Verhältnis der ganzen vorgeschalteten
Übersetzun,- verkleinertes Drehmoment übertragen wird, wodurch erst die für die
bauliche Ausführbarkeit notwendigen kleinen Abmessungen der Schwungmasse sich ergeben,
und zweitens, daß die Schwungmasse durch die Wirkung des Übersetzungsgetriebes nicht
mehr zusammen mit den rotierenden Teilen des Apparates umläuft, sondern, abgesehen
von den geringen, durch die Ungleichfürmigkeit des Druckes bedingten Schwingungen,
lediglich Verstellungen entsprechend dem geänderten mittleren Druck relativ zum
feststehenden Außengehäuse A ausführt.