DE544022C - Elektrischer Leistungsmesser fuer Kolbenmaschinen - Google Patents

Description

• Elektrischer Leistungsmesser für Kolbenmaschinen Die Leistung einer Kolbenmaschine ist abhängig vom mittleren Kolbendruck, bezogen auf den Hub pH, von der Zylindergröße und von der Drehzahl. Wenn die beiden ersteren Werte konstant bleiben, ist pH ein eindeutiges Maß für die Leistung. Nach dem Aufsatz von G e i g e r (VDI Zeitschrift 1926, Seite 5o9) besteht bei allen Kolbenmaschinen ein Zusammenhang zwischen den mittleren Kolbendruck bezogen auf den Hub PH und den mittleren Kolbendruck bezogen auf die Zeit pz. Dieser Zusammenhang wird merklich nur beeinflußt durch die Änderung des Gegendruckes der Maschine (ob z. B. eine Dampfmaschine mit Kondensation oder Auspuff arbeitet) und in geringerem Maße durch die Änderung des Anfangsdruckes. Bekannten Vorrichtungen zum Messen von pz gegenüber weist der elektrische Leistungsmesser nach vorliegender Erfindung, der sich neben anderen Werten auch auf die Ermittlung von pz stützt, eine Reihe wesentlicher Fortschritte auf. Die Meßgrößen werden unmittelbar in einen entsprechenden elektrischen Strom umgesetzt, so daß mechanische Vorrichtungen (Kolben, Federn, Lager usw.), die sich im Betrieb abnützen und Schmierung und Wartung erfordern, wegfallen. Da außerdem eine Änderung des Gegendruckes und des Anfangsdruckes und eine Drehzahländerung bei der Einrichtung nach vorliegender Erfindung auf rein elektrischem Wege berücksichtigt werden kann, ist diese nicht mehr als Mitteldruckindikator, sondern als ein elektrischer Leistungsmesser anzusprechen.
• Elektrische Leistungsmesser, bei denen die Maschinendrehzahl auf elektrischem Wege berücksichtigt wird, sind zwar bisher in mehreren Ausführungen bekannt geworden. Bei diesen Apparaten wird durchwegs ein elektrischer Widerstand durch eine indikatorähnliche Vorrichtung (Kolben, Feder, Gestänge) entsprechend dem momentanen Druck im Zylinder verändert. Diese Widerstandsänderungen werden an einem gedämpften Anzeigeinstrument kenntlich gemacht, so daß daran der mittlere Druck abzulesen ist. Im Gegensatz dazu werden bei vorliegender Erfindung nicht die schnell wechselnden Änderungen des momentanen Zylinderdruckes elektrisch erfaßt, sondern es wird unmittelbar der mittlere Kolbendruck durch einen entsprechenden elektrischen Widerstand ausgedrückt. Diese Einrichtung kann deshalb ohne weiteres für beliebig hohe Drehzahlen verwendet werden, und es fallen alle mechanischen Elemente fort, die der Abnutzung unterliegen.
• Durch die in der Abbildung schematisch dargestellte Einrichtung wird ein dem mittleren Kolbendruck, bezogen auf die Zeit, entsprechender elektrischer Widerstand verändert. Der geschlossene Hohlkörper i ist durch den Stutzen 2 mit dem Indikatorstutzen des Maschinenzylinders verbunden, so daß in dem Hohlkörper immer der momentane Zylinderdruck herrscht. Die beiden Kammern 3 und q. sind mit Quecksilber gefüllt, das je mit einer außen angebrachten Klemme in elektrisch leitender Verbindung steht. Der übrige Teil des Hohlzylinders z ist mit einer im Verhältnis zum Quecksilber spezifisch leichten Flüssigkeit gefüllt. In dieser Flüssigkeit befindet sich ein Schwimmer 5. Dessen Gesamtgewicht ist etwas größer als seih Auftrieb in der Flüssigkeit. Es wird aber dadurch schwebend erhalten, daß der an ihm befestigte Drahtbügel aus Widerstandsmaterial mit den Enden in je eine der mit Quecksilber gefüllten Kammern eintaucht. Der Schwimmer ist derart beschaffen, daß sein Volumen proportional mit steigendem Druck im Hohlkörper in geringem Maße abnimmt. Das Volumen des Schwimmers wird sich also bei einem Dxuckanstieg im Zylinder etwas verkleinern, und er wird so weit nach abwärts sinken, bis die Abnahme seines Auftriebes infolge der Volumenverkleinerung durch die Zunahme des Auftriebes vom Drahtbügel infolge weiteren Eintauchens in die Quecksilberkammern ausgeglichen ist. Je weiter aber der Drahtbügel eintaucht, desto geringer wird der elektrische Widerstand zwischen den beiden Quecksilberkammern und: damit zwischen den beiden Klemmen. Es entspricht also einem jeden Druck im Maschinenzylinder eine bestimmte Eintauchtiefe des Drahtbügels in die Quecksilberkammern und damit einen bestimmten elektrischen Widerstand zwischen den beiden Klemmen. Da die Bewegung des Schwimmers infolge der starken Flüssigkeitsdämpfung und der ohnedies langen Schwingungsdauer sehr langsam erfolgt, folgt er natürlich nicht den schnellen Druckschwankungen im Maschinenzylinder, sondern er stellt sich von selbst auf die Höhenlage ein, die dem mittleren Druck im Zylinder, bezogen auf die Zeit, entspricht. Auf bekannte Weise wird dann der Wert des Widerstandes zwischen den Klemmen an einem Strommesser kenntlich gemacht. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Drahtbügel am Schwimmer nicht selbst als Widerstand zu verwenden, sondern nur als Träger eines besonderen Widerstandsdrahtes auszubilden, um über dessen Querschnitt beliebig verfügen zu können. In diesem Falle muß natürlich der Widerstandsdraht am Haltebügel isoliert befestigt sein, oder die beiden Schenkel des Haltebügels müssen gegeneinander isoliert sein.
• Die vorstehend beschriebene Einrichtung unterscheidet sich von einer bekannten Vorrichtung, bei der ein mehr oder minder in eine Flüssigkeit tauchender elektrischer Widerstand entsprechend dem momentanen Zvlinderdruck verändert wird, dadurch, daß sich der Widerstand des Drahtbügels am Schwimmer. nur entsprechend dem mittleren Zylinderdruck ändert, wodurch die schon erwähnten Vorteile erreicht werden.
• Bei der praktischen Anwendung des Gerätes an einem Maschinenzylinder wird es vorkommen, daß der Hohlzylinder samt Inhalt wechselnde Temperaturen annimmt. Bei einer hohen Temperatur wird das spezifische Gewicht der Flüssigkeit leichter, der Auftrieb des Schwimmers in der Flüssigkeit deshalb kleiner, und es wird bei gleichem Druck der Drahtbügel etwas weiter in das Quecksilber eintauchen und damit der Widerstand zwischen den Klemmen verkleinert werden. Dieser Einfluß der Temperatur der Flüssigkeit auf den Widerstand zwischen den beiden Klemmen wird auf folgende Weise elektrisch kompensiert. In der Flüssigkeit des Hohlkörpers r ist eine bestimmte Länge isolierten Drahtes, zweckmäßig in Spulenform gewickelt, fest untergebracht an einer solchen Stelle, daß die freie Bewegung des Schwimmers nicht behindert wird. Dieser mit dem Drahtbügel am Schwimmer hintereinandergeschaltete Draht ist aus einem Material, dessen elektrischer Widerstand mit steigender Temperatur sich möglichst stark ändert, z. B. Eisen. Wird die Flüssigkeit im Hohlkörper warm, so ändert sich der Widerstand der Drahtspule, und es kann dadurch die Abnahme des Widerstandes zwischen den beiden Quecksilberkammern infolge des geringeren Schwimmerauftriebes kompensiert werden, wenn die Länge der Drahtspirale entsprechend bemessen ist. Z. B. bei Verwendung einer Eisendrahtspirale kann erreicht werden, daß bei einem bestimmten Druck im Hohlzylinder die Summe der Widerstände vom Drahtbügel am Schwimmer und von der Drahtspirale gleichbleibt, gleichgültig, welche Temperatur die Flüssigkeit besitzt.
• Der Einfluß eines verschiedenen Gegendruckes bei Dampfmaschinen auf den Zusammenhang zwischenpz und der Maschinenleistung äußert sich darin, daß bei einer bestimmten Steigerung des Gegendruckes der Wert pz um einen bestimmten Betrag zu verkleinern ist. Diese Korrektur ist über den ganzen Leistungsbereich der Maschine hin konstant und kann auf folgende Weise elektrisch vorgenommen werden. An die Abdampfleitung der Maschine wird eine manometerähnliche Vorrichtung angeschlossen, die derart ausgeführt ist, daß durch sie ein elektrischer Widerstand entsprechend dem Druck in der Leitung verändert wird. Technische Lösungen dieser Aufgabe sind schon bekannt. Der elektrische Widerstand zwischen den Klemmen dieses Manometers ist dann abhängig vom Gegendruck der Dampfmaschine und kann bei entsprechender Abstimmung verwendet werden als Korrektur auf den Zusammenhang zwischen pz und der Maschinenleistung bei Änderungen des Gegendruckes. Auf gleiche Weise kann auch eine Änderung des Anfangsdruckes bei Dampfmaschinen berücksichtigt werden.
• Zum Betrieb des Meßgerätes verwendet man zweckmäßig eine Stromquelle mit konstanter Spannung, wenn sich die Drehzahl der Maschine nicht merklich ändert. Bei schwankender Maschinendrehzahl wird als Stromquelle ein kleiner Gleichstromerzeuger verwendet, der von der Maschine mit einem feststehenden Übersetzungsverhältnis angetrieben wird.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrischer Leistungsmesser für Kolbenmaschinen, bei dem unter Einwirkung der Zylinderdrücke ein in eine leitende Flüssigkeit tauchender elektrischer Widerstand verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Zylinderseite ein dem Kolbendruck ausgesetztes, mit Flüssigkeit gefülltes Hohlgefäß angeordnet ist, in dem ein sein Volumen mit wechselndem Druck ändernder Schwimmer schwebt, der derartig mit einem beispielsweise U-förmig gebogenen Bügel aus elektrischem Widerstandsmaterial verbunden ist, daß seine Enden, dem jeweiligen mittleren Druck entsprechend, mehr oder weniger tief in zwei voneinander getrennte Kammern mit Ouecksilber eintauchen und so das den mittleren Kolbendruck anzeigende Meßgerät beeinflussen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Temperaturkompensation in der Flüssigkeit noch eine feststehende Drahtspirale aus sich mit der Temperatur stark änderndem Widerstandsmaterial untergebracht ist, die mit dem Drahtbügel am Schwimmer hintereinandergeschaltet ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betrieb der Meßeinrichtung bei Maschinen mit schwankender Drehzahl der Strom durch einen Gleichstromerzeuger geliefert wird, der von der Maschine mit einem feststehenden Übersetzungsverhältnis angetrieben wird.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anwendung an Dampfmaschinen der Einfluß eines verschiedenen Gegendruckes und der Einfluß einer Änderung des Anfangsdruckes auf den Zusammenhang zwischen p, und der Maschinenleistung dadurch ausgeglichen wird, daß eine an sich bekannte manometerähnliche Vorrichtung an die Abdampfleitung bzw. an die Frischdampfleitung angeschlossen wird, die einen elektrischen Widerstand entsprechend dem Druck in diesen Leitungen steuert und dieser Widerstand elektrisch mit der übrigen Apparatur derart verbunden ist, daß die Änderungen des Gegendruckes und des Anfangsdruckes der Dampfmaschine keinen Einfluß auf die Anzeige des Leistungsmessers ausüben.