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Vorrichtung zum Anzeigen von mit der Zeit nur langsam schwankenden
Größen, insbesondere zeitlichen Mitteldrücken im Zylinderinnern von Kolbenkraftmaschinen
Bei Indikatoren, welche unter Zuhilfenahme einer großen Schwungmasse direkt den
mittleren, auf die Zeit bezogenen Druck im Zylinderinnern einer Kolbenkraftmaschine
anzeigen, wie dies beispielsweise beim Patent 416 623 der Fa11 ist, besteht die
Schwierigkeit, daß man, um ruhigen Zeigerausschlag zu erzielen, die Schwungmasse
verhältnismäßig groß machen muß. Dies hat aber wieder den Nachteil, daß hierdurch
die Reibung, die vom Gewicht der Schwungmasse abhängt, größer wird, was wieder die
Anzeigegenauigkeit ungünstig beeinflußt. Um diesem Mangel abzuhelfen, wurde bereits
vorgeschlagen, den Zeiger mit der Schwungmasse nicht starr, sondern elastisch zu
verbinden, dergestalt, daß er mit einer in dickflüssigem Dämpfungsöl sich bewegenden
Dämpferscheibe verbunden ist. Auch diese Anordnung besitzt Nachteile. Zunächst ist
schon das Einfüllen des dickflüssigen Dämpferöles eine Geduldsprobe, sodann ist
das Dämpfergehäuse an den Durchbruchstellen für die Zeigerachse nie ganz dicht zu
bekommen, so daß wenigstens bei bestimmten Stellungen des Meßgerätes wichtigere
Teile des Instrumentes, wie die Skala, beschmutzt werden; ferner ist die Dämpfungsfähigkeit
des Öles je nach der Temperatur, die das Meßgerät annimmt, verschieden usf.
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Um diese Nachteile zu umgehen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
auf jegliche Dämpfungsflüssigkeit zu verzichten und, um trotzdem ruhigen Zeigerausschlag
zu erzielen, starr mit dem Zeiger Z eine zweite sogenannte Zusatzmasse Zzc mit der
Hauptschwungmasse in der Weise elastisch zu kuppeln, daß die Eigenfrequenz des aus
Zusatzschwungmasse und der elastischen Verbindung der letzteren mit der Hauptschwungmasse
bestehenden schwingungsfähigen Systems von der gleichen Größe wie die Eigenfrequenz
der elastisch mit dem Instrumentengehäuse G verbundenen Hauptschwungmasse ist oder,
was auf das gleiche hinauskommt, daß die Eigenfrequenz der Zusatzmasse zu höchstens
ein Viertel der Frequenzzahl der Grundperiode der Druckschwankungen im Zylinderinnern
der Kraftmaschine beträgt.
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Der Grund, warum die Eigenfrequenz des Zusatzrades Zu höchstens
ein Viertel der Grundfrequenz betragen soll, geht ausAbb. 3 hervor. In derselben
ist auf derAbszissenachse dasVerhältnis der Frequenzzahl der vorgenannten Grundperiode
zu der Eigenfrequenz der Zusatzmasse und auf der Ordinatenachse das Verhältnis des
Ausschlages der Zusatzmasse zu dem mit 1,o bezeichneten, für alle Frequenzzahlen
gleich groß angenommenen Ausschlag der Hauptschwungmasse aufgetragen. Man erkennt
daraus, daß der Ausschlag der Zusatzmasse nur dann genügend klein ist, im Vergleich
zum Ausschlag 1,o der Hauptschwungmasse, wenn die Forderung bezüglich des obigen
Verhältnisses erfüllt ist. Ist z. B. die Eigenfrequenz der Zusatzmasse
halb
so groß wie die Grundfrequenz, so ist der Ausschlag der Zusatzmasse immer noch fast
halb so groß als jener der Hauptmasse.
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Erst durch die erfindungsgemäß aufgestellte Forderung - Eigenfrequenz
der Zusatzmasse gleich ein Viertel oder weniger der Grundfrequenz - wird erreicht,
daß die Ausschläge des Zusatzrades und damit des Zeigers so klein werden, daß eine
ruhige Ablesung gewährleistet ist. Dadurch fallen dann alle Unannehmlichkeiten mit
der Dämpferfiüssigkeit fort, und man erzielt außerdem, wie Versuche gezeigt haben,
noch den Vorteil, daß sich der Zeiger Z noch erheblich rascher auf seine neue Gleichgewichtslage
einstellt.
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Eine besondere Berücksichtigung .des starr mit der Zusatzmasse Zu
gekuppelten Zeigers ist nicht erforderlich, weil sein Massenträgheitsmoment verschwindend
klein ist im Vergleich zu dem des Zusatzrades Zu.
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Die Lagerung der Zusatzschwungmasse erfolgt zweckmäßig mit einer in
einer Bohrung B der in der Hauptschwungmasse H angeordneten Achse A (Abb. x), welche
gleichzeitig als Zeigerachse dient.
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Um die großenAusschläge der Zusatzschwungmasse bei etwaigem Fahren
mit ganz niederen Drehzahlen, wie es etwa beim Manövrieren der Schiffsmaschinen
vorkommt, zu vermeiden, wird zweckmäßig an der Hauptschwungmasse ein Anschlag
Ast vorgesehen, der in eine langlochartige Aussparung der Zusatzschwungmasse
paßt oder an einen Anschlag A derselben stößt.
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Die Verbindung zwischen der Zusatzmasse und der Hauptschwungmasse
geschieht zweckmäßig in Form einer ebenen Spiralfeder F. Dieselbe bietet den Vorteil,
daß sie sich bequem in den Zwischenraum zwischen Haupt- und Zusatzschwungmasse.
unterbringen läßt, ohne irgendwelchen weiteren Platz zu beanspruchen, ferner daß
eine solche Spiralfeder auch starke Verdrehungen zuläßt, ohne zu hoch beansprucht
zu werden. Um jedoch infolge des Gewichtes der Spiralfeder Schwerpunktsverlagerungen
und Reibungen zu vermeiden, wird empfohlen, eine aus nur einem halben bis zwei Gängen
bestehende Spiralfeder zu wählen. Bei einer solchen Feder könnte es jedoch, wenn
sie auch in radialer Richtung fest an den beiden Schwungmassen H und Zu angeschraubt
ist, vorkommen, daß sie infolge ungenauer Herstellung radiale Drücke auf die. Lagerung
der Zusatzschwungmasse ausübt. Um dies zu vermeiden, wird vorgeschlagen, die Verbindung
so zu wählen, daß die am Ende um go °, d. h. in die radiale Richtung, herumgebogene
Spiralfeder in einen radialen Schlitz, der an der Zusatzmasse angeordnet ist, ohne
Spiel paßt. Dadurch wird erreicht, daß die Feder in radialer Richtung sich von selbst
richtig einstellt, ohne den geringsten Zwang auf die Lagerung der Zusatzmasse auszuüben,
während sie andererseits ihrer Aufgabe in tangentialer Richtung voll nachkommen
kann.
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Essei ausdrücklich betont, daß die geschilderte Vorrichtung nicht
nur für Mitteldruckindikatoren anwendbar ist, sondern für alle jene Fälle in Betracht
kommt, bei welchen über die anzuzeigende oder zu registrierende Größe sich eine
schwankende Größe lagert, wobei diese Schwankungen bereits durch dieWirkung einer
Schwungmasse auf einen geringen Betrag verringert worden ist.
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Ferner sei noch bemerkt, daß man, um die Größe der Zeigerausschläge
noch weiter zu verringern, eine weitere Zusatzmasse Z2 anordnen kann, welche mit
der ersten, Zu, elastisch gekuppelt ist und ihrerseits mit dem Zeiger starr verbunden
ist, während die erste, Zu, in der vorher beschriebenen Weise wieder mit
der Hauptschwungmasse elastisch verbunden ist, wobei für jede einzelne Zusatzmasse,
hängend an der vorhergehenden Masse, die Bedingung gilt, daß die Eigenfrequenz höchstens
den vierten Teil der Frequenzzahl der Grundperiode der Druckschwankungen betragen
darf.
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In Abb. a ist des leichteren Verständnisses wegen noch die Anordnung
des ganzen Meßgexätes, die aber für die Beurteilung der Neuheit der Erfindung unwesentlich
ist, wiedergegeben. Der Gasdruck wirkt auf einen Kolben K ein. Von dort wird der
Druck über eine Kolbenstange k auf eine Indikatorfeder F übertragen. Gleichzeitig
ist an der Kolbenstange ein Lenkerle angelenkt, der die Bewegung über einen Hebel
1a, einen Lenker 12 und ein Zahnradsegment z, auf ein in der Mitte des Meßgerätes
angeordnetes Zahnrad z2 und damit auf die Achse A 2 überträgt. Auf letzterer ist
das Hauptschwungrad H fest aufgekeilt, und sie ist in dem Gehäuse G gelagert.