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Einrichtung zur elektrischen Anzeige des jeweiligen Kolbendrucks in
Abhängigkeit von der gleichzeitigen Kolbenstellung Die Erfindung betrifft eine Einrichtung,
welche zur elektrischen Anzeige des jeweiligen Kolbendrucks in Abhängigkeit von
der gleichzeitigen Kolbenstellung bestimmt ist. Das Wesen der Erfindung beruht auf
der Verwendung eines elektrischen Stromes von konstanter Spannung, dessen Stromstärkez.
B. durch Veränderung eines Widerstandes zweckmäßig unter Benutzung einer von der
Kolbenstellung abhängigen Kurbel o. dgl. beeinflußt wird. Der auf diese Weise erhaltene
Strom von wechselnder Stärke wird einem zweiten Stromkreis zugeführt, aus dem er
alsdann nach Maßgabe der Stellung eines Imdikatars einem Meßapparat zugeleitet wird.
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Die Abb. i bis 6 stellen die dazu nötigen Anordnungen in schematischer
Weise dar.
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In Abb. i ist P = F # p die Kolbenkraft einer Kolbenmaschine,
wenn F die Kolbenfläche, p der indizierte Druck im Arbeitsraum ist. Mit G soll der
Gleitbahndruck bezeichnet werden, der infolge der endlichen Pleuelstangenlänge auftritt.
Die im Punkt :B tangential angreifende Umfangskraft ist dann Pu = P # ein
a - F # P # ein a und das Drehmoment M = Pu # r = F
# r (p # ein a), wenn a der Kurbelwinkel ist. Dies gilt allerdings nur dann
genau, wenn man keine Rücksicht auf den Gleitbahndruck 1l zu nehmen braucht. Geschieht
letzteres, so erhält man eine Kraft P,', d. h. eine Kraft, :etwas größer oder kleiner
als P". Da Pü nun wenig größer oder kleiner als P" ist, so ist der Einfluß
der Sendlichen Plenelstangenlänge meistens ohne Bedeutung. Da ferner bekanntlich
oder ist,
wenn Pm der mittlere Arheitsdruck des Indikatordiagramms ad-er der »mittlere Kolbendruck«
ist, so kann auch auf diesen mittleren Druck pm im Arbeitsraum der Maschine aus
dem zeitlichen iVLittelwert von (p # sin a)m zurückgeschlossen werden. Um den Wert
p # ein a auf elektrischem Wege messen zu können, genügt jede Schaltungsanordnung,
die einen zugeführten Gleichstrom so b@eeinfl:ußt, daß die Klemmenspannung am Austritt
bzw. an der Meßstelle gleichzeitig sowohl mit dem augenblicklichen Arbeitsdruck
p als auch mit dem zugehörigen sin a, also mit dem Produkt p # ein a, zu- und abnimmt.
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Eine bekannte Schaltung, die hierfür verwendbar ist, stellt Abb. z
dar. In den Punkten i und z wird eine Spannung El angelegt, die in der Hauptsache
in,einem Widerstand 5 verbraucht wird. Nun wird ein Spannungsgefälle E. im Widerstand
5 zwischen zwei Kontakten 6 und ; gemessen, von denen 7 fest und -6 beweglich sein
möge. Dazu wird an Klemmen 3 und q. ein Maßinstrument angelegt. 6 kann z. B. durch
einen kleinen Kurbeltrieb S mit Schliefe 9 von der Maschine aus so angetrieben werden,
daß der Kontakt 6 proportional sin a bewegt wird, wobei die Totpunkte
T und der Winkel a die in der Abbildung angedeutete Lage haben. Nun
wird
der Kontakt 7-90 einbestellt, daß für a = o und 6 sich
gegenüberliegen, so daß E2 - o ist. Die Folge dieser Anordnung ist dann, daß E@
propiortional Ei # sin a sich ändert.
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In Äbb. 3 ist bei sonst gleicher Anordnung statt des Kurbeltriiehes
8, 9 ein Indikator i o zur Bewegung des Kontaktes 6' auf dem Widerstand 5' angebracht,
:eine Anordnung, wie sie zur Messung von p bereits früher angewendet worden ist.
Wird hierbei -der Kontakt 7' so -eingestellt, daß er beim Druck p - o im Indikator
dem Kontakt 6' gegenüberliegt, so wird der nunmehr durch 6' und 7' abgenommene und
an den Kleulmen 3' und 4. meßbare Spannungsabfall E3 proportional E?#p.
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Werden nun gemäß Abb.6 beide Stromkreise bintereinandergeschaltet,
indem die Klemmen i' und 2' einer Anordnung nach der Abb. 3 mit den Klemmen 3 ünd
4 einer Anordnung nach der Abb. 2 verbunden werden, und wird an die Klemmen i und
2 der Abb. 2 eine konstante Spannung EI, z. B. aus einer Batterie B, angelegt, so
wird E3 proportional dem Werte E'2 # p oder proportional EI. p # sin a. Die dämpfunga-freie
Messung dieser Spannungen. gibt nunmehr in entsprechenden Maßstäben die Momentanwerte
p # sin a oder den zeitlichen Mittelwert (p # sin a)m und ermöglicht dadurch die
Messung der Drehmomente M = F # r # p # sinn a oder des mittleren
Kolbendruckes
je nachdem ein möglichst masseloses Meßinstrument verwendet wird, z. B. Oszillograph,
oder ein normales, aber dämpfungsfreies M eßinstrument M mit einer gewissen Zeigermasse,
das wohl deal zeitlichen Mittelwert der Ausschläge, aber nicht die kleinen Schwankungen
abzulesen gestattet.
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Handelt es sich darum, deal mittleren Druck von mehreren Arbeitsräumen
an einem .einzigen Instrument zu messen, so sind zu jedem Arbeitsraum und jeder
zugehörigen Kurbel die Schaltungen der Abb. 2 und 3 verwendbar. Dabei können die
Spannungen E3 so aneinandergeschaltet werden, so daß ihre algebraische Summe gemessen
wird, oder es kann in bekannter Weise ein Meßinstrument geschaffen werden, in welchem
jede Spannung E3 auf eine besondere ldeine Meßspule wirkt und ihren Beitrag zum
Gesamtausschlag des 'Zeigers gibt. In beiden Fällen ist es durch entsprechende Anschlüsse
bequem möglich, sowohl deal Beitrag jedes einzelnen ArbeitsTaumres als die Summe
aller Wirkungen an einem Instrument der Reihe nach abzulesen.
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Der 'Zweck des Verfahrens, Spannungsgefälle von einem Indikabordruck
p und gleichzeitig einer Kurbelstellung a abhängig zu machen, kann aber auch durch
andere bekannte Schaltungen erreicht werden, wofür in Abb.4 und 5 noch zwei Beispiele
gezeigt sind, die nach Art der Wheats-tone;sichcn Brücke ausgebildet sind. In Abb.4
wird an Klemmen i und 2 die Spannung EI angelegt. Zwischen den Punkten 6 und 7 besteht
eine Stromverzweigung, an welche in io und i i eine Brücke i o, 4, 3, i i gelegt
ist. 5 und 8 sind Widerstände finit den beweglichen Kontakten 9 und i o. Kontakt
9 möge etwa von einem kleinen Kurbeltrieb 12, 13 angetrieben werden. Der Kontakt
io wird so eingestellt, daß für die Kurbelstellung a = o keine Spannung in der Brücke
1o, 4, 3, 1i herrscht. Wird jetzt infolge 'Zunalune und Abnahme von ,in a der Kontakt
9 nach rechts oder links auf dem Widerstand 5 verschoben, so entsteht ein positives
oder negatives Spannungsgefälle E, in 3, 4, das proportional El # ,sin a sich ändert
und zur Messung benutzt werden kann. Statt des Kurbeltriebes kann natürlich auch
hier ein Indikatorantrieb die Bewegung des Kontaktes 9 bewirken, so daß sich E2
proptortional EI # p ändert.
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Eine ähnliche Ausnutzung der Wheatstoneschen Brückenschaltung zeigt
Abb. 5. Hier ist im Zweige 6, 7 ein Widerstand 5 angebracht, der sich proportional
mit dem auf ihn einwirkenden indizierten Druck p des Arbeitszylinders ändert. Hierfür
gibt es verschiedene bekannte Möglichkeiten, z. B. unmittelbar durch den mit dem
Druck veränderlichen Widerstand von Berührungsstellen, von Gasen oder Flüssigkeiten
Moder mittelbar durch die Längenänderungen. in der Kolhenma schine selbst oder in
.einzelnen, dem Druck ausgesetzten- Stücken. Auch die Druckelektrizität von Kristallen
kann hierfür ausgenutzt werden. Wird nun wiederum der Kontakt 9 so eingestellt,
daß beim Druck Null das Spannungsgefälle E3 an dein Klemmen 3 und 4 = Null ist,
so wird das Spannungsgefälle Es sich mit E2 # p ändern. Durch g eeignete Maßnahmen
muß dafür .gesorgt werden, daß es sich möglichst proportional mit p ändert; auch
hier ist durch gleichzeitige Anwendung der Vorrichtungen nach Abb.4 und 5 oder Abb.
2 und 5 ein Spannungsgefälle E3 erzeugbar, das sich proportional EI # p # sin a
ändert und damit die Messung von p # sin a und (p # sin a) m bzw. Pm erlaubt.
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Schließlich sei noch erwähnt, daß der geringe Fehler, der durch Vernachlässigung
der endlichen Pleuielstangenlänge in die Anzeige kommt, bei der Anordnung nach der
Abb.4 irreinfachster Weise beseitigt ist durch Anwendung -einer schwingenden Kurbelschleife,
die im »äußeren Totpunkt« Ta, wo die Kolbengeschwindigkeit stärker zunimmt als im
inneren Totpunkt Ti, auch - entsprechend
raschere Kontaktbewegungen
vornimmt. Es muß dabei nur der größte Ausschlagwinkel /3' der Abb. i ungefähr gleich
dem größten Stangenausschlagwinkel i3 des Kurbeltriebes (Abb. i) sein.