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Vorrichtung zum Auswerten von Indikatordiagrammen, die in Polarkoordinaten
aufgezeichnet sind Bei Indikatordiagrammen, die in rechtwinkligen Koordinaten aufgenommen
sind, ist bekanntlich der Flächeninhalt des Diagramms .proportional der Arbeit der
Kraftmaschine. Ein solches Diagramm kann daher unmittelbar in bekannter Weise ausplanimetriert
werden.
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Bei Indikatordiagrammen, die in Polarkoordinaten aufgezeichnet sind,
ist dagegen der Flächeninhalt der von dem Zeichenstift umfahrenen Fläche nicht proportional
der geleisteten Arbeit.
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Die Erfindung betrifft nun eine Vorrichtung, die es ermöglichen soll,
solche im Polarkoordinaten aufgezeichneten Indikatordiagramme mit Hilfe eines der
üblichen Planimeter, z. B. eines Coffinplanimeters, auszuwerten.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
eine das Diagramm tragende Drehscheibe durch ein Kurbelgetriebe mit einer .radial
zur Drehscheibe geradlinig verschiebbaren, die Meßr olle des Planimeters tragenden
Tafel derart verbunden ist, daß bei einer vollen Umdrehung der Drehscheibe die Tafel
eine geradlinige Verschiebung entsprechend dem Hinundliergang des Maschinenkolbens
ausführt. Ferner ist parallel zur Drehscheibe in radialer, zur Führungsbahn der
Tafel senkrechter Richtung eine Führung für den Fahrstift des Planimeters angeordnet.
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An einer derartigen Einrichtung zeigt bei richtiger Handhabung, die
unten näher erläutert wird, die Meßrolle des Planimeters nach einer vollen Umdrehung
der Drehscheibe den Flächeninhalt an, den das Diagramm haben würde, wenn es im rechtwinkligen
Koordinaten aufgenommen wäre.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung
beispielsweise dargestellt. Es zeigen Fig. i und 2 aneinander anschließende Teile
eines Längsschnitts durch die Vorrichtung und Fig.3 in kleinerem Maßstab eine Draufsicht
auf die Vorrichtung gemäß Fig. i und mit einem darauf angebrachten Coffinplanimeter.
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Die schematischen Fig. 4 und 5 dienen zur Erklärung der Wirkungsweise.
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Die Vorrichtung besteht a:us einer kreisrunden Drehscheibe io, welche
in bekannter Weise zum Festklemmen der Papierblätter dient, nachdem darauf mittels
des Indikators das Diagramm aufgezeichnet ist. Die Tragscheibe io ist mit einem
nach unten ragenden koaxialen Zapfen i i versehen, der in die nach oben ragende
Hohlwelle 12, einer Scheibe 13 paßt. Die Scheibe 13 ist auf der oberen
Fläche
am Umfang mit einer Verzahnung 14 versehen. Eine gegenseitige Verdrehung der Scheiben
io und 13 wird durch einen Keil 4o verhindert. Die Seheibe 13 ist mit dem unter
en Ende des Zapfens i i durch Schrauben 1 5 verbunden und mit ihrer nach oben ragenden
Hohlwelle 12 drehbar in einer Platte 16 angeordnet, die auf Füßen 17 ruht. Mit der
Verzahnung 14 der unteren Scheibe 13 steht ein Zahnritzel 18 in Eingriff, das auf
einer horizontalen Achse i9 sitzt. Diese Achse z9 ist in einer Bohrung der Platte
16 gelagert und kann mittels eines Handrades oder Griffes 2o gedreht werden. Das
Zahnritze118 liegt in einer Aussparung 21 der Platte 16 und versetzt beim Verdreh%n
des Handrades 2o die Scheiben 13 und io in Umdrehung. 'Die Scheibe 13 ist auf der
Unterseite mit einem Kurbelzapfen 22 versehen, an dem eine zweiteilige Kurbelstange
23 angreift,.deren Länge mittels in einem Längsschlitz sitzender Schrauben 24 genau
eingestellt werden kann. Zweckmäßig sind die Teile der Kurbelstange zur genauen
Einstellung mit einem Nonius versehen. Das Gegenende der Kurbelstange 23 greift
an einem nach unten ragenden Zapfen 25 an (Fig. 2), der mit einer in einem Längsschlitz
26 der Platte 16`(Fig. 3) geradlinig geführten Tafel 27 verbunden ist. Die
Oberfläche der Tafel 27 ist zweckmäßig mit einer Gummiauflage oder einer
Schicht aus ähnlichem geeignetem Material versehen. Die Tafel 27 ist so angeordnet,
däß ihre Längsachse durch die Drehachse der Tragscheibe io hindurchgeht. Sie wird
geradlinig in. der Richtung dieser Längsachse durch einen in dem Längsschlitz 26
gleitenden Führungsklotz 28 geführt, der an der Unterseite der Z`afel 27 durch Schrauben
29 befestigt ist. Eine mit der Unterseite des Führungsklotzes 28 verschraubte Platte
3o, deren Ränder seitlich -über den Schlitz 26 hervorragen, verhindert ein etwaiges
Abheben der Tafel 27. Die Platte 30 ist in der Mitte mit einem näbenförmigen
Teil3i versehen, in den der Kurbelzapfen 2.5 eingeschraubt ist.
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Die kreisrunden Papierblätter mit dem Diägramm werden auf der Tragscheibe
io mittels einer über den zentralen Nocken 32 herumgreifenden Kappe 33 befestigt
(Fig. i), die von einer Schraube 34 gehalten wird. Das Papierblatt mit Diagramm
wird auf der Tragscheibe io zweckmäßig noch am Rande mittels eines federnden Ringes
befestigt.
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Die Länge der Kurbelstange 23 wird mit Hilfe der Skala und Noniü5
35 so eingestellt, däß das Verhältnis der Kurbellänge, d. h. die radiale
Entfernung der Mitte des Kurbelzapfens 22 der Scheibe i3 von dem Mittelpunkt dieser
Scheibe, zur Länge der Kurbelstange 23 dem Verhältnis Kurbellänge zu Treibstangenlänge
der Maschine, für welche das Diagramm aufgenommen ist und berechnet werden soll,
entspricht. Handelt es sich immer um die gleiche Maschine, " so braucht die Stange
23 natürlich nicht in Länge einstellbar zu sein.
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. Die Tafel 27 kann stets in der gleichen Entfernung von der Scheibe
io bleiben, während die Platte 30 gegen den Führungsklotz 28 verschoben wird.
Zu diesem Zweck sind in der Führungsplatte 30, Schlitze 42 vorgesehen. .
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Die Platte 16 trägt ein Lineal oder eine Gerädführung 36, die so angeordnet
ist, daß die in Frage kommende Kante der Geradfüllrung sich über der Tragscheibe
io befindet und die Drehungsachse dieser Scheibe und die Bewegungsrichtung der Tafel
senkrecht schneidet. Diese Geradführung 36 ist in der 'N itte mit einer halbkreisförmi-
e n Aussparung 37 (Fig. 3) für die Schraube 34 und die Kappe 33 der Tragscheibe
io versehen und dient zur Führung des Meßstiftes des Planimeters während des Drehens
der Tragscheibe io" wobei der Meßstift von Hand so gehalten wird, daß er ständig
mit seiner Spitze der Bahn der sich mit der Scheibe io drehenden Diagrammkurve folgt.
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Auf der Platte 16 ist noch eine zweite Geradführung 38 angebracht,
die sich neben der einen der beiden Längsseiten der verschiebbaren Tafel 27 befindet
und mit einem Schlitz 39 zur Aufnahme des anderen Stiftes des Planimeters versehen
ist. Der Schlitz 39 verläuft parallel zur Bewegungsrichtung der Tafel 27.
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Das Lineal oder die Geradführung 36 ist so befestigt, z. B. mittels
in Bohrungen von entsprecVendem Durchmesser ragenden Stiften, daß sie mit Leichtigkeit
in der gewünschten Lage befestigt und zur Befestigung eines Papierblatts mit Diagramm
auf der Scheibe io leicht abgenommen werden kann.
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Bei dem Auswerten eines Diagramms wird in folgender Weise vorgegangen:
Das das Diagramm enthaltende kreisförmige Papierblatt wird auf der Tragscheibe io
festgeklemmt, nachdem die Tafel 2-7 in ihre äußerste, in der Zeichnung rechte
Lage gebracht ist, die der einen Totlage des Kolbens entspricht. Dabei erfolgt die
Befestigung derart, daß der .entsprechende Totpunkt sich mit Bezug auf die durch
den Kurbelzapfen 22 gehende Längsachse der Tafel 27 unter einem Winkel von 9o° befindet.
Hierauf wird die Führungsleiste 36 aufgesetzt .und das Planimeter auf dem Apparat
so angeordnet, daß der Stift des Planimeters in den Schlitz 39 der Führung 38 (Fig.
3) eingreift. Die Meßrolle des Planimeters ruht auf der Tafel 27, während der Meßstift
des Planimeters an der
schrägen Kante 41 der Führungsleiste 36 und
der an dieser Stelle vorgesehene Fingerknopf auf der Leiste 36 selbst anliegt. Der
Meßstift des Planimeters berührt in dieser Lage zweckmäßig das Papier nicht, sondern
befindet sich unmittelbar über der Papieroberfläche. Wird jetzt das Handrad 20 gedreht,
so macht die Scheibe io und damit das Diagramm eine vollständige Umdrehung um die
Achse der Scheibe. Der Meßstift wird hierbei von Hand so geführt, daß er sich immer
gegen die Kante 41 der Geradführung 36 stützt und dabei der Diagrammlinie folgt.
Gleichzeitig bewegt sich aber auch die Tafel 27, auf welcher die Meßrolle des Planimeters
ruht, und zwar in einem der Kolbenbewegung des Indikators entsprechenden Maße, da
bei der Einrichtung gemäß der Erfindung das Ubersetzungsverhältnis zwischen der
Drehung der Scheibe io und der Bewegung der Tafel 27 dem Verhältnis bei der zu untersuchenden
Maschine angepaßt ist.
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DaB das verlangte Ergebnis in der oben beschriebenen Weise erzielt
werden kann, erklärt sich aus der nachstehenden Überlegung: Zur Bestimmung der Oberfläche
eines im rechtwinkligen Koordinaten aufgenommenen Diagramms wird das Indikatordiagramm
so auf der Meßtafel angeordnet (vgl. Fig. 2), daß die Atmosphärenlinie
a, b parallel zum Führungsschlitz c, d des Coffinplanimeters und in
Richtung der Kolbenbewegung liegt, wobei der Kolben sich während der Bewegung nach
a hin vom Kurbelzapfen entfernt. Der senkrechte Abstand eines Punktes des Diagramms
bis zur Atmosphärenlinie ergibt den der Kolbenlage entsprechenden Überdruck im Zylinder.
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Bei der Messung bewegt sich der Meßstift an der Diagrammlinie entlang
in einer Linie, «-elche in zwei Komponenten zerlegt werden kann, von denen die eine,
dem zurückgelegten Kolbenweg entsprechende, parallel zum Führungsschlitz c, d und
die andere, der Druckänderung entsprechende, senkrecht zum Führungsschlitz verläuft.
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Durch diese gleichzeitige Bewegung in zwei Richtungen mit Bezug auf
die Lauffläche wird die Meßrolle verdreht. Da es sich aber nur. um die relativen
Bewegungen handelt, bleibt es für den durch die Meßrolle zurückgelegten Drehwinkel
grundsätzlich gleich, ob das Planimeter sich bewegt und das Meßbrett in Ruhe ist
oder umgekehrt.
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Bei der Einrichtung nach der Erfindung vgl. Fig. 3) bewegt sich der
Meßstift nur in einer Richtung, nämlich entsprechend den Druckänderungen, während
die andere Bewegungskomponente, welche dem zurückgelegten Kolbenweg entspricht,
durch die Tafel 27 ausgeführt wird. Hierbei wird ebenfalls die Meßrölle um den richtigen
Winkel angetrieben.
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Mit der Einrichtung gemäß der Erfindung wird dabei nicht der Flächeninhalt
des durch den Polarindikator gezeichneten Diagramms gemessen, sondern die Oberfläche,
welche ein mit rechtwinkligen Koordinaten aufgenommenes Indikatordiagramm bei gleichem
Druckverlauf im Zylinder und einer dem Hub der beweglichen Tafel 27 entsprechenden
Diagrammlänge haben würde.
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Die Atmosphärenlinie ist in Fig.3 durch einen Kreis dargestellt. Hält
man den Meßstift während einer ganzen L`mdrehung auf einem Kreist nfang, so wird
die Meßrolle keine Drehung aufweisen. Die geleistete Arbeit ist demnach Null, da
der Druck auf den Kolben beim Aufwärtshub und beim Abwärtshub in jedem Punkt gleich
ist. Der Meßstift und die Meßrolle erhalten hierbei keine. Bewegung nach rechts
oder links.
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Die Größe des Radius des Kreises ist ohne Bedeutung für das Meßergebnis,
und es ist gleich, ob der Durchmesser des Atmosphärenkreises groß oder klein ist,
sofern nur der Weg des Stiftes am Anfangspunkt endet.
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An Stelle des Coffinplanimeters. kann selbstverständlich irgendeine
andere Planimeterausführung zur Anwendung gelangen, ohne daß vom Wesen der Erfindung
abgewichen wird.