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Flüssigkeitsbremsdynamometer. Beim Messen der von sich drehenden Wellen
übertragenen Momente werden oft Bremsdynamometer verwendet, deren Hauptteile einerseits
aus einem an die sich drehende Treibwelle zu kuppelnden und von dieser getriebenen
Dynamometerrad (gegebenenfalls das Schwungrad des Motors) und anderseits aus einer
Bremse bestehen, die drehbar um die Welle des Dynamometerrades aufgehängt ist, und
welche außerdem derart von einer Waage festgehalten oder mit ihr vereinigt ist,
daß die momentane Wirkung der zwischen der Bremse und dem Dynamometerrad in der
einen oder anderen Weise bewirkten Bremskraft festgestellt werden kann.
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Unter diesen Bremsdynamometern werden einige dadurch gekennzeichnet,
daß die Reibungskraft zwischen der Bremse und dem Dynamometer r ad mittels eines
Flüssigkeitswiderstandes dadurch erzeugt wird, daß die Bremse zu einem mit Flüssigkeitszulaß
versehenen Gehäuse ausgebildet ist, in welchem das Dynamometerrad sich dreht. Hierbei
nimmt die Reibung zwischen der im Gehäuse eingelassenen Flüssigkeit und dem Dynamometerrad
die von der Treibwelle abgelieferte Arbeit auf, während die Reibung zwischen der
Flüssigkeit und den Wänden des Gehäuses die Bremskraft an die Bremse abgibt. Um
dabei den Flüssigkeitswiderstand einerseits zwischen der Flüssigkeit und dem Dynamometerrad
und anderseits zwischen der Flüssigkeit und den Wänden des Gehäuses zu vermehren,
wird das Dynamometerrad und werden die Wände des Gehäuses entweder mit hinausragenden
Teilen oder mit Vertiefungen versehen, wodurch die mehr oder weniger regelmäßige
Wirbelbewegung in der Flüssigkeit verstärkt wird.
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Die vorliegende Erfindung wird hauptsächlich dadurch gekennzeichnet,
daß bei Dynamometern obengenannter Art die erwähnten Vertiefungen durch geschlossene
Kanäle ersetzt werden, welche ähnlich wie die Leitschaufel- und Schaufelkanäle der
Turbinen oder Turbinenpumpen hergestellt und berechnet werden.
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Einer der Vorteile dieser Erfindung liegt in der Möglichkeit, einen
kräftigeren und mehr regelmäßigen Flüssigkeitsumlauf und eine wirksamere Strahlbewegung
zu erzielen im Gegensatz zu der bisherigen Anordnung, wo die Flüssigkeit den nicht
nachzuprüfbaren Wirbelbewegungen und damit verbundenen Verlusten an Energie frei
ausgesetzt wird.
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Obgleich irgendwelche beliebige Flüssigkeit hierbei verwendet werden
kann, so ist jedoch das Wasser die gebräuchlichste, und es wird deshalb hier nur
vom Wasser gesprochen, ohne die Erfindung dadurch zu begrenzen.
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In den beiliegenden Zeichnungen werden sowohl eine Ausführungsform
der Erfindung wie einige schematische Darstellungen der Schaufelstellungen veranschaulicht.
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Abb. i zeigt das Bremsdynamometer in vertikalem Längsschnitt und Abb.
2 dasselbe im Querschnitt.
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Abb.3 zeigt schematisch die einander entsprechenden Stellungen der
Schaufeln und Leitschaufeln am Eintrittsende der vorgenannten.
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Abb. 4. zeigt das der Abb. 3 zugehörige Geschwindigkeitsdreieck. Abb.
5 und 6 sind ähnliche Darstellungen des Austrittsendes einer Schaufel.
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Abb.7 und 8 sind ähnliche Darstellungen des Austrittsendes einer Schaufel
bei dem umgekehrten Geschwindigkeitssinn der Schaufeln und Abb. 9 und io derselben
Darstellungen des Eintrittsendes bei umgekehrter Bewegungsrichtung.
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Eine Dynamometerwelle i wird von zwei Lagern 2 getragen, welche auf
einem als Schale für Überschußwasser ausgebildeten Lagerrahmen 3 Lefestigt sind.
Auf der Dynamometerwelle i ist ein Dynamometerrad q. mittels eines Keiles 5 befestigt.
Das Dynamometerrad besteht teils aus einem mit Nabe versehenen Körper 6, teils aus
einem umschließenden Ringe 7 und teils aus mehreren mit diesem Ringe 7 wie mit dem
Körper 6 festgegossenen oder in anderer Weise befestigten Schaufeln B. In dem Dynamometerrad
wird auf diese Weise zwischen den Schaufeln 8 ein System geschlossener Schaufelkanäle
9 gebildet, welche nur an den Einlaß
- und Auslaßenden io bzw. i
i offen sind. Die Schaufelkanäle 9 sind in Abb. i etwa halbkreisförmig gebogen dargestellt.
In Abb. 2 sind die Schaufeln 8 wie die Schaufeln eines Turbinen- oder Schleuderpumpenrades
gebogen veranschaulicht und bewegen sich in dem durch den Pfeil ai angegebenen Sinne
mit der konkaven Seite voraus. Die Richtung der Einlaßkante io der Schaufeln 8 fällt
mit der Richturig der relativen Einlaufbewegung w' des Wassers zusammen und die
Richtung der Ablaßkante ii der Schaufeln mit der Richtung der relativen Ablaufbewegung
w" zusammen.
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Das Dynamometerrad q. dreht sich in einer zu einem Leitschaufelgehäuse
ausgebildeten Bremse, die einerseits aus einem Leitschaufelhalter 13 und anderseits
aus einem Gehäusedeckel 14. besteht, welche mittels Bolzen 15 vereinigt sind. Das
Leitschaufelgehäuse wird von der Dynamometerwelle i mittels Lager 17, 16 drehbar
getragen.
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Der Leitschaufelhalter ist dem Dynamoineterrad entsprechend ausgebildet,
d. h. er besteht teils aus einem äußeren Gehäuse 18, teils einem inneren Ring ig
und teils daran befestigten Leitschaufeln 2o. In dem Leitschaufelhalter werden folglich
zwischen den Leitschaufeln 2o ein System geschlossener Leitschaufelkanäle 21 gebildet;
die nur gegen die Einlaß- oder Ablaßkante 22 bzw. 23 der Leitschaufeln offen sind.
Die Leitschaufelkanäle sind in Abb. r etwa halbkreisförmig gebogen dargestellt.
In Abb.2 ist veranschaulicht, wie die Leitschaufeln 2o mit ihren Eimaß- und Ablaßkanten
22 bzw. 23 einen Winkel miteinander bilden. Die Richtung der Einlaßkante 22 der
Leitschaufeln fällt mit der Richtung der absoluten Ablaufbewegung c" des Wassers
zusammen und die Richtung der Ablaßkante 23 der Leitschaufeln mit der Richtung der
absoluten Einlaufbewegung c' des Wassers zusammen.
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An dem Leitschaufelhalter 13 ist ein Dynainometerarm 24 mittels Bolzen
25 befestigt. Auf diesem Arm 2¢ ist eine Stange 27 um einen Zapfen 26 aufgehängt,
welche Stange sich gegen eine Waage 28 stützt, durch welche die Drehkraft des Dynamometers
gemessen werden kann.
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In dem oberen Teil des Leitschaufelhalters 13 ist die obere Leitschaufel
durch eine dikkere Wand 29 ersetzt, welche mit einer Einlaßöffnung 30 für
den Wasserzulaß versehen ist. Über diesen Einlaß ist ein Wasserzuflußrohr 31 eingesetzt.
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Um das durch seine Arbeit im Dynamometer erhitzte Wasser zu wechseln,
sind mehrere Wege vorgesehen. So gibt es einerseits einen Austritt 32, der mit Hilfe
einer Schraube 33 zu regeln ist, und anderseits ist in dem niedrigsten Teil des
Leitschaufelgehättses ein Loch 34 vorgesehen, wodurch das Leitschaufelgehäuse entleert
wird, wenn das Dynamometer außer Betrieb ist. Außerdem kann das Abwasser durch den
Spielraum zwischen den Teilen 7 und i9 in dessen ringförmiger Erweiterung 35 hineintreten
und von dort durch ein Loch 36 abfließen. Um das durch das Loch 36 abströmende Abwasser
und ebenso das Überschußwasser von dem Auslaßrohr 31 aufzusammeln und wegzulei=
ten, sind die Löcher 30 und 36 von einer an dem Leitschaufelgehäuse befestigten
Wasserschale 37 umgeben, die mit einer Auslaßöffnung 38 versehen ist. Von hier aus
wird das Überschußwasser zu der Überschußwasserschale 3 durch einen Kanal 39 geleitet,
welcher Kanal von einer an dem Leitschaufelgehäuse befestigten Wand ¢o und einer
ringförmigen Erweiterung 41 des Deckels 14 gebildet ist. Dieser Kanal 39 reicht
nicht weiter hinab, als es für das Herunterleiten des Wassers in die Schale 3 erforderlich
ist, wo auch das überschußwasser von anderen Stellen gesammelt wird. Das überschußwasser
ist durch das Loch 4.2 zu entfernen.
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Uin zu verhindern, daß Luft mit dem aus dem Rohr 31 kommenden Wasserstrahl
mitgerissen wird, ist die Wasserschale 37 durch eine Schwelle 4.3 abgeteilt, welche
so hoch ist, daß das Ende des Zulaßrohres 31 unter der von der Höhe der Schwelle
bestimmten Wasseroberfläche 4..4 zu liegen kommt und auf. diese Weise ein Wasserschloß
bildet.
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U m ein Herausspritzen aus dem Loch 30 zu vermeiden, ist die Wasserschale
37 mit einem Deckel 4.5 versehen, in welchem ein Loch für das Wasserzulaßrohr 31
vorgesehen ist. Außerdem ist das Wasserzulaßrohr 31 zu demselben Zweck mit einem
Schutzblech .46 versehen.
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Die Lager 16 und 17 haben ringförmige Aussparungen 47 bzw. 48, die
zum Zweck des Schmierens der Lager mit Fett von den Schmiertöpfen .49 gefüllt werden
können.
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Um das Auspressen des Wassers des Leitschaufelgehäuses durch die geschmierten
Teile der Lager 16 und 17 zu verhindern, sind diese mit ringförmigen Aussparungen
5o und 51 versehen, welche mit Angußlöchern 52 und 53 vereinigt sind.
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Wenn die Leistung eines Motors vermittels dieses Dynamometers zu bestimmen
ist, wird die Dynamometerwelle i mit der Welle des zu prüfenden Motors durch eine
auf der Dynamometerwelle befestigte Kupplung 54 verbunden.
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Die Schaufelkanäle 9 und die Leitschaufelkanäle 21 bilden, wie in
Abb. i ersichtlich ist, zwei Systeme geschlossener Kanäle, welche zusammen einen
solchen Kreislauf für
das in dem Leitschaufelgehäuse befindliche
Wasser ergeben, daß dieses, da es bei seiner Bewegung den in Abb. i gezeigten Pfeilrichtungen
w und c folgt, wechselweise die beiden Kanalsysteme passiert.
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Wie in Abb.2 gezeigt, wird das Wasser beim Ausströmen aus den Leitschaufeln
2o in die Schaufelkanäle 9 in dem der Schaufelbewegung entgegengesetzten Sinne hineingeworfen
und tritt beim Ablaß aus den Schaufelkanälen 9 in die Leitschaufelkanäle 21 in der
Richtung der Schaufelkanäle über. Dabei verbraucht das Wasser die vom Motor entwickelte
Treibkraft, welche durch das Wasser in ähnlicher Weise zu den Leitschaufeln 2o überführt
wird. Auf Grund dessen haben diese das Bestreben, das Leitschaufelgehäuse in dem
Drehsinne der Treibwelle i zu drehen. Das Drehkraftmornent wird mit der Waage 2$
gemessen.
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Um eine Verkleinerung der Stoßverluste der zirkulierenden Flüssigkeit
zu erzielen, können die Schaufeln 8 und ebenso die Leitschaufeln 2o ähnlich wie
die entsprechenden Teile einer Wasserturbine oder Schleuderpumpe ausgeführt werden,
und zwar so, daß die Richtungen der unter sich zusammenwirkenden Ein- und Austrittsenden
der Schaufeln und Leitschaufeln dem Geschwindigkeitsparallelogramm entsprechend
festgelegt werden, wie es aus den Abb. 3 bis io hervorgeht. In Abb. 3 bezeichnet
c' die absolute Austrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit aus einer Leitschaufel
2o und w' die relative Eintrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in die jeweils vorüberlaufende
Schaufel B. Weil die Schaufel 8 sich aber im Sinne des Pfeiles u dreht, so muß die
Richtung der Geschwindigkeit zv' (d. h. die Richtung des Eintrittsendes der Schaufel
8) solche Neigung gegen die Richtung der Geschwindigkeit c' (oder die Richtung der
Leitschaufel 2o) haben, wie w' in Abb. q. zeigt. Abb. 5 zeigt die entsprechenden
Verhältnisse am Austrittsende der Schaufel 8, wobei zci' die relative Austrittsgeschwindigkeit
aus der Schaufel (oder die Richtung des Austrittsendes der Schaufel 8) darstellt
und c" die absolute Eintrittsgeschwindigkeit in der Leitschaufel (oder Richtung
des Eintrittsendes der Leitschaufel 2o). Abb.6 ist das entsprechende Geschwindigkeitsdreieck,
aus welchem die Neigung zwischen den Geschwindigkeiten c", w", d. h. den Richtungen
der Schaufel- und Leitschaufelenden, ermittelt werden kann.
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Abb. 7 und 8 zeigen, wie das Eintrittsende in Abb. 3 bei Umkehrung
der Bewegüngsrichtung in das Austrittsende umgeschaltet -wird, und Abb. 9 und io.zeigen
in ähnlicher Weise, wie das Austrittsende in Abb. 5 bei Umkeh= rung der Bewegungsrichtung
in das Eintrittsende umgeschaltet -wird.
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Die Abb. 3 bis io zeigen -deutlich, wie die Schaufeln 8 und Leitschaufeln
2o an ihren Eintritts- und Austrittsenden gegeneinander abweichen müssen, um der
Flüssigkeit einen stoßfreien übergang entsprechend der Geschwindigkeitsverhältnisse
zu gewähren. Somit ist der Winkel zwischen Leitschaufel und Schaufel am Eintrittsende
der Schaufel 8 nach Abb. 3 und 9 größer als i8o°, am Austrittsende dagegen nach
Abb. 5 und 7 weniger als i8o°. In allen-Fällen wird der genannte Winkel auf der
von der Flüssigkeit beim Aufschlagen getroffenen »Vorderseite« der betreffenden
Schaufel gemessen, wie dies durch die Pfeile in den Abb. 3, 5, 7 und 9 bezeichnet
ist.
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Die hier beschriebene Ausführungsform ist nur als ein Beispiel der
Anwendung der Erfindung anzusehen und können selbstverständlich mehrere Änderungen
in den Einzelteilen vorkommen, ohne daß die technische Begrenzung der Erfindung
überschritten wird. Die Waage 28 kann beispielsweise durch andere Registriervorrichtungen
ersetzt werden, und ebensowenig ist es nötig, daß die Flüssigkeit -während des ganzen
Weges durch das Dynamometer von Schaufeln oder Leitschaufeln gesteuert wird, sondern
es können einige der fraglichen Kanäle durch Räume, in denen die Flüssigkeit sich
frei bewegt, ersetzt werden.