DE67341C - Totalisirender Arbeitsmesser - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE 42: Instrumente.

.: Die auf beiliegenden Zeichnungen in Fig. 1 bis 14 erläuterte Erfindung stellt einen Apparat dar, durch welchen die von einer Maschine geleistete oder beliebig übertragene und vertheilte Arbeit in jedem Augenblick gemessen und für beliebige Zeitabschnitte summirt werden soll. Dies geschieht dadurch, dafs eine ständige Beziehung zwischen der in der Maschine aufgespeicherten Kraft und der in den Triebrädern oder -Achsen erzeugten Geschwindigkeit hergestellt und das Product aus beiden mittelst eines Zeigerapparates (Zählwerkes) gemessen wird. Wenn nun Kraft oder Geschwindigkeit oder beide zu verschiedenen Zeiten der Beobachtung wechseln, so mufs die Secundenleistung mit jenen Factoren sich ändern.. Die Summe dieser Zeitleistuhgen wird aber ein richtiges Bild der Leistungsfähigkeit der beobachteten Maschine oder der von dieser auf eine bestimmte Arbeitsstelle vertheilten Arbeitsleistung ergeben. Der Apparat bietet daher ein sicheres Mittel, um nicht nur die effectiven Arbeitsleistungen verschiedener und verschieden betriebener Maschinen,' sondern auch die Kraftverluste bei verschiedenartigen Kraftübertragungen mit einander zu vergleichen. Aufserdem bietet er ein vorzügliches Hülfsmittel zur Prüfung des jeweiligen Zustandes einer Maschine.

Die Angaben des Apparates können in jeder beliebigen Arbeitseinheit, wie Fufspfunden, Meterkilogramm oder Pferdekräften, gemacht und jeden Augenblick an einem Zeigerapparat unmittelbar abgelesen werden, ohne umständliche Beobachtungen, Messungen oder Rechnungen zu erfordern. Es kann daher jeder Laie die erforderlichen Ablesungen machen.

Zusammensetzung des Apparates.

Zur Erklärung der Zusammensetzung und Wirkungsweise des Apparates ist es erforderlich, die in ihm vereinigten mechanischen Principien gesondert darzustellen und nach und nach mit einander zu vereinigen. Dies ist'in den Fig. 1 bis 14 geschehen.

Fig. ι stellt zwei Reibungsscheiben A und B dar, welche ihre Drehung auf einander übertragen. Diese Uebertragung ist verschieden, je nach der jeweiligen Entfernung der Scheibe B von der Achse C der Scheibe A.

Fig. 2 zeigt zwei solcher Reibungsscheiben A und B, deren gegenseitige. Stellung durch eine Kraft 3 und eine derselben entgegen wirkende Feder Ή bestimmt wird; aufserdem ist auf der Achse der Reibungsscheibe B ein Zählwerk angebracht, welches die von der Scheibe A auf B übertragenen Umdrehungen anzeigt. Als Anfangspunkt der Lage von Scheibe B ist der Mittelpunkt der Scheibe A oder die Achse C c angenommen, d. h. der Punkt, wo zwar die gröfste Kraft in der rohrenden Scheibe A herrscht, aber keine Bewegung bezw. Geschwindigkeit auf die Reibungsscheibe B übertragen werden kann.

In Fig. 3 ist zu der verschiebbaren Reibungsscheibe B noch eine Scheibe B¹ mit constanter Entfernung von der Achse C c hinzugefügt. Der Unterschied der Ablesungen an den Zählwerken der beiden Reibungsrädchen B und B * giebt die Einheiten der durch die

Kraft 3 oder die Federkraft H geleisteten Arbeit.

In Fig. 4 ist die Scheibe B¹ ausgelassen und ihr Zählwerk auf die treibende Achse übertragen worden. Diese Anordnung übt dieselbe Wirkung wie die in Fig. 3 getroffene aus.

Fig. 5 zeigt eine Abänderung desselben Apparates, in welcher das Zählwerk auf der Achse der treibenden Scheibe A ausgelassen und dafür ein Differentialgetriebe eingeführt ist, um zu bewirken, dafs das Zählwerk der getriebenen Achse selbst die Einheiten der geleisteten Arbeit angiebt.

In Fig. 6 ist die" Reibungsscheibe A durch einen hohlen Reibungskegel ersetzt, im übrigen die Anordnung wie in Fig. 4 beibehalten, um zu zeigen, dafs man unabhängig von der Richtung der Kraft 3 ist. Die Fig. 6 a und 6 b geben weitere Combinationen zwischen dem Triebrad A und dem Reibungsrad B an.

Fig. 7 zeigt die Anwendung des. Apparates auf eine rotirende Welle O, um die durch dieselbe übertragenen Arbeitsgröfsen und -Einheiten zu messen. Die Uebertragung ist hier als Riemen- oder Seilübertragung dargestellt. Dieselbe kann aber ebensowohl durch eine beliebige andere Kraftübertragung erfolgen.

Fig. 8 ist ein Detail, Fig. 9 ein Grundrifs von Fig. 7.

.Fig. 10 stellt den Apparat (Fig. 7) in der Spannung, in welcher die übertragenen Arbeitseinheiten gemessen werden, dar. Die hierbei zusammengedrückte Spiralfeder H ist als Symbol für eine beliebige Art von Kraftmessung oder vorübergehende Kraftaufspeicherung zu betrachten, welche je nach der zu übertragenden Kraftgröfse sich einfach regeln läfst und wobei die gröfsten und kleinsten Kraftübertragungen während einer Arbeitsperiode ebenso kenntlich gemacht werden können.

Nach Fig. ιι ist der Apparat an einer Riemscheibe befestigt, um die Arbeitseinheiten zu messen, welche von dem Rande der Riem- oder Seilscheibe auf ihre Achse übertragen werden, oder umgekehrt.

Fig. 12 stellt den zu Fig. 11 gehörigen Grundrifs dar.

Nach Fig. 13 und 14 ist der Apparat von der Riem- oder Seilscheibe getrennt, um an demselben auch während der Bewegung der Seilscheibe Beobachtungen anstellen zu können. Im übrigen erfüllt letztere Anordnung denselben Zweck wie die unter Fig. 11 und 12 angegebene.

Wirkungsweise des Apparates.
In Fig. ι erzeugt die Drehung der Scheibe A um ihre Achse so lange eine Drehung der über der Scheibe A verschiebbaren Reibungsscheibe jB, als diese nicht über der Achse C c der Scheibe A steht. Die auf die Scheibe B vermittelst der Scheibe A übertragene Kraft ist um so gröfser, je mehr sich die Scheibe B dem Mittelpunkt der Scheibe A von deren Rand aus nähert, dagegen nimmt die auf die Scheibe B durch die Scheibe A übertragene Drehungsgeschwindigkeit in dem Mafse zu, als sich der Berührungspunkt der Scheibe B auf Scheibe A von deren Mittelpunkt nach ihrem Umfange zu entfernt, d. h. die zwischen den beiden Reibungsscheiben übertragene Kraft und Geschwindigkeit, mithin auch ihr Product, d. h. die übertragene Arbeitsstärke ist abhängig von der Stellung der Reibungsscheibe B zur Achse Cc der Scheibe A. Hieraus folgt, dafs die Arbeitsleistung der Scheibe B immer ein Vielfaches des Productes von der Arbeitsleistung der Scheibe A in die Entfernung des Angriffspunktes der Scheibe B von dem Mittelpunkt der Scheibe A ist.

Um nun diesen Satz auf die Arbeitsmessung und -Verzeichnung einer Maschine anzuwenden, ist es nothwendig:

ι. eine Entfernung 1 zwischen der Scheibe B und dem Mittelpunkt der Scheibe A festzusetzen, um eine beständige Beziehung für die übertragene Kraft zu erhalten;

2. zu bewirken, dafs die Bewegung von Scheibe A in einer ständigen Beziehung zu den die Kraft übertragenden Maschinenelementen steht;

3. die Achse der Scheibe B mit einem Zählwerk zu verbinden, welches in Beziehung steht mit dem Betrage der durch die Maschine übertragenen Arbeit.

Die Entfernung 1 zwischen' dem Mittelpunkt der Scheibe A und dem Berührungspunkt der Scheibe B mit A kann am besten entweder der ganzen oder einem bestimmten Theil der Kraft proportional gemacht werden, wie z. B. bei einem Dampfmaschinen - Indicator durch Anwendung einer Feder, deren Zusammendrückung eine ständige Beziehung zu der darauf ruhenden Last hat. An der Zusammendrückung der Feder kann man also jederzeit die übertragene Kraft erkennen bezw. an einer Scala ablesen.

Fig. 2 erläutert dieses Princip. Die Kraft 3 drückt hier auf das Ende der Achse von Scheibe B. Die Feder H, welche zwischen dem Wulst η und dem Widerlager b eingeschoben ist, wird durch die Kraft 3 so lange zusammengedrückt, bis sie der letzteren das Gleichgewicht hält, und die Feder ist so construirt, dafs ihre Längenänderung proportional der auf ihr lastenden Kraft ist. Hierbei wird die Scheibe B bis zu dem Punkt verschoben, welcher die Entfernung 1 von der Achse der Scheibe A besitzt. Diese Entfernung ist der Kraft 3 proportional, wenn der Berührungspunkt anfangs mit der Achse C c der Scheibe A zusammenfiel. Die Scheibe A wird durch das

Rad D bewegt und so in einer ständigen Abhängigkeit von der in der Maschine wirkendenKraft erhalten.

Durch die Berührung mit A wird die Bewegungsart von Scheibe B bedingt, nämlich:

ι. durch die Entfernung ι von der Achse C c oder durch die Kraft 3., welche diese Entfernung verursacht, und

2. durch die Geschwindigkeit der Umdrehung von Scheibe A.

Das Bewegungsergebnifs des Rades B ist daher proportional dem Product aus Kraft mal dem Wege, welchen ein Punkt seines Umfanges zurückgelegt hat, d.h.. der geleisteten Arbeit. Die Geschwindigkeit der Maschine ergiebt sich daher als Quotient aus der in der Zeiteinheit geleisteten Arbeit durch die gleichzeitig beobachtete Kraftübertragung.

Die Umdrehungen des Rades B werden gezählt durch einfache Zählapparate, welche mit seiner Achse so in Verbindung gebracht werden, dafs sich die Achse in ihrer Längsrichtung oder, wie bei den Anordnungen nach Fig. 6 a und 6 b, seitlich ungehindert verschieben kann.

Je näher die Scheibe B der Achse von Scheibe A gebracht wird, desto stärker wird der Laufkreis, in welchem die Kraftübertragung stattfindet, gekrümmt und desto mehr weichen die Reibungskräfte, welche die Bewegung des Rades B vermitteln, von der Normalen zur Drehachse des Rades B ab. Es entsteht so ein Schleifen des Rades B, welches, in der Achse des" Rades A angelangt, daselbst eine bohrende Wirkung ausüben mufs. Hierdurch wurden die Oberflächen der Räder A und B zerstört.

Um diesen Uebelstand zu vermeiden, ist in dem vorliegenden Apparat nach Fig. 3 zum ersten Mal die Anordnung folgendermafsen getroffen :

Die Ruhe- oder Nulllage des Rades B wird in einer Entfernung 2 von der Achse des Rades A angenommen und ihm gegenüber in gleicher Entfernung von dieser Achse ein gleich grofses zweites Reibungsrad B¹ mit Zählwerk, aber ohne verschiebbare Drehachse aufgestellt. Wird nun wiederum die Scheibe B durch die Maschinenkraft 3 (welche gleichzeitig auch die Scheibe A und mit ihr die Scheiben B und υ¹ in Bewegung setzt) von der Achse des Rades A entfernt, so sind die Bewegungszustände der Räder B und B¹ nach dem früher Gesagten abhängig von der durch A übertragenen Kraft und dem ihnen auf der Scheibe A zugewiesenen Wege. Erstere ist für beide Scheiben gleich grofs, und letztere sind einander ähnliche Kreislinien, welche ihren entsprechenden Radien oder den Entfernungen von der Achse C c proportional sind. Um daher die durch Kraft 3 bewirkte Arbeitsleistung bei Verschiebung der Scheibe B zu ermitteln, hat man nur nöthig, die an dem Zählwerk des Rades B¹ ermittelte Arbeit von der des Rades B abzuziehen. Wird die Kraft 3 Null, so mufs auch die Differenz der Ablesungen Null sein, ein Resultat, welches der Stellung beider Reibungsräder B und -B¹ in ihren Anfangsstellungen, sowie der Stellung eines Rades B in der Achse von A entspricht. In der Praxis wird man die constante Arbeitsübertragung naturgemäfs unmittelbar an der Triebwelle des Rades A messen, wie es Fig. 4 veranschaulicht.

Um die Reibungsflächen zwischen dem Antriebrade A und dem getriebenen Reibungsrade zu vergröfsern und unabhängig von der Richtung der durch Maschinentheile übertragenen Kraft 3 zu sein, verwendet man zweckmäfsig statt der einfachen Planscheibe A Hohlkegel nach Fig. 6, oder doppelte Reibungsräder A nach Fig. 6 a, welche durch eine beliebige Kraft einander genähert werden, besser nach Fig. 6 b, wo doppelte Reibungsringe verwendet sind, welche axial geführt werden. Bei ersterer Anordnung werden die Achsen des Hohlkegels A und des Reiburigsrädchens B zweckmäfsig möglichst parallel gestellt, während die .Längenverschiebung des Reibungsrädchens B in der Richtung der Mantelfläche des Hohlkegels erfolgen mufs. Der Apparat entspricht alsdann vollkommen der Anordnung nach Fig. 4.

Es ist klar, dafs noch andere Formen als Hohlkegel, einfache oder doppelte Reibungsscheiben, z. B. Fowler's Klappscheiben, in Verbindung mit dem Rädchen B zu obigem Zwecke gebracht werden können, und dafs man die hier dem Hohlkegel und den Reibungsscheiben zugewiesenen Functionen mit der der Scheibe B vertauschen kann.

Ebenso ist es möglich, die Bewegung der beiden Räder A und B auf ein einziges Zählwerk zu übertragen, wie es Fig. 5 veranschaulicht. Hier ist das konische Zahnrad 7 auf der Achse 6 des Rades 4 befestigt und das walzenförmige Zahnrad 3 auf der Achse von Reibungsrad B. Das konische Zahnrad 8 wird in entgegengesetzter Weise von Rad 7 durch die Räder 1, 2, Achse 5 und die Räder 16 und 10 bewegt, welche in Verbindung mit der Achse α der Scheibe A stehen. Um die entgegengesetzte Bewegung des Rades 8 zu ermöglichen, ist dasselbe lose auf der Achse 6. Beide Räder 7 und 8 bewegen das Rad 13 am Haltarm 12, welcher mit dem Zahnrad 17 lose auf der Achse von Rad 8 sitzt.

Die Räder sind so einander proportionirt, dafs, wenn die Scheibe B ihren Berührungspunkt in der Entfernung 2 (Ruhelage) vom Mittelpunkt der Scheibe A besitzt, gleiche Be-

wegung, aber entgegengesetzte Richtung in den Rädern 7 und 8 hervorgerufen wird. . Dadurch wird zwar das Rad 9 bewegt, das mit ihm in Zusammenhang stehende Rad 17 wird aber unbeweglich bleiben. Wenn aber das Rad 7. eine andere Bewegung als Rad 8 erhält, so mufs auch das mit 13 verbundene Zahnrad 17 und damit der Zählapparat eine Bewegung erhalten, welche dem Unterschied der Bewegungen der Räder 7 und 8 bezw. dem der Scheiben B . und A entspricht.

Anwendung des Arbeitsmessers.

Der Arbeitsmesser in seiner Anwendung ist in den Fig. 7 bis 10 dargestellt. Er ist auf einer Achse O O¹, welche in j j feste Lager besitzt, angebracht. Der zweiarmige Hebel RJJ² ist starr mit der Achse O O¹ verbunden, während der zweiarmige Hebel R² KK² sich um die Achse O¹ O zu drehen vermag. Beide genannten Hebel werden durch den Bolzen k mittelst der Feder H in ihren Endpunkten R und jR² zusammengehalten. Der freie Arm J² des Hebels R J J'² führt mittelst des Bolzens I die Achse der Reibungsscheibe B², welche gemäfs der Anordnung in Fig. 6 mit einem Zählwerk in Verbindung steht und durch die Feder 5 an die innere Wandung des Hohlkegels A² gedrückt wird. Dieser Hohlkegel A ² bildet das Reibungsrädchen für die mittelst der Seilscheibe D und der Schraube ohne Ende w direct von der Achse O O¹ vermittelte Kraftübertragung und wird am Arm K² des drehbar mit der Achse O O¹ verbundenen zweiarmigen Hebels R²KK² geführt.

Würde man die Seilscheibe D bei Ruhelage der Achse O O¹ drehen, so müssen beide Zählapparate gleiche Ergebnisse liefern. Sobald aber die Achse O O¹ nach der Pfeilrichtung in' drehende Bewegung gebracht wird, so hebt sich das Ende R des starr mit der Achse O O¹ verbundenen Hebels R JJ'² von dem Endei?² des lose auf der Achse O O¹ spielenden Hebels R²KK² in dem Mafse ab, als es die Zusammendrückung der Feder H gestattet, und beide Hebel folgen in dieser durch die Kraftübertragung der Achse O O¹ bestimmten gegenseitigen Lage der Bewegung' letzterer. Hierbei entfernt sich der Arm J² des Hebels RJJ² ebenfalls von dem Arm K², und das Reibungsrädchen B ² erhält einen anderen Laufkreis auf der inneren Kegelfläche des Reibungsrädchens IJ gegenüber der Ruhelage. Es werden somit auch die Zählapparate auf den Achsen der Rädchen A² und B² von einander verschiedene "Ergebnisse liefern, und die Differenz der beiden Ablesungen macht die thatsächlich übertragene Arbeitsleistung aus.

Die zuletzt beschriebene Stellung des Apparates während der Drehung von O O¹ ist in Fig. 10 veranschaulicht.

Um zu verhindern, dafs bei diesen Drehungen der Bolzen k und die Feder H der Centrifugalkraft ■ folgend nach aufsen umkippen, ist. das· Verbindungsglied ν zwischen dem Widerlager d der Feder H und dem Hebel R²KK² eingeschaltet. Aufserdem ist der Hub der beiden Hebel R J J² und J? ²K K² gegenseitig begrenzt durch eine Nase S an letzterem Hebel, damit die Wirksamkeit des Apparates nicht durch Herausspringen des Rädchens B² aus dem Rädchen A² aufgehoben wird.

Die Eintheilung der Zählwerke ist proportional der bekannten Zusammendrückung der Feder H bei einem gegebenen Gewicht.

Das Reibungsrädchen A² kann sich in beliebigem Sinne umdrehen. Die Seilscheibe ρ ist fest mit dem Lager j der Achse O O¹ verbunden, also unbeweglich.

In Fig. 11 und 12 ist der nach Fig. 6 bis ι ο auf der Achse O O¹ befestigte Arm RJJ² als Schwungrad D² ausgebildet, welches lose auf seiner Achse O O¹ sitzt, und in Ermangelung eines bequem gelegenen festen Lagers der Achse O O¹ (s. Fig. 9) für die Riemscheibe ρ durch' den Hebel N eine feststehende Lage geschaffen. Im übrigen ist die Anordnung wie oben getroffen.

In vielen Fällen hat es Vortheile, den Mefsapparat von der Triebwelle oder den Triebrädern zu trennen, um auch während der Arbeit Beobachtungen anstellen zu können. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 13 und 14 getroffen. Hier ist der mit den Maschinentheilen fest verbundene Arm RJJ² (nach Fig. 6 bis 10) wieder wie in Fig. i'i und 12 als Schwungrad -D² ausgebildet, jedoch im Gegensatz zu letztgenannter Anordnung in fester Verbindung mit seiner Achse. Der lose Hebel R² K K² (Fig. 6 bis 10) hat einseitig in Fig. 13, und 14 auch dieselbe Anordnung wie in Fig. 6 bis 10; auf der anderen Seite trägt er jedoch eine Verbindung von zwei Zahnrädern g² und p², welche in die Zahnstangen u² und n² eingreifen. Sobald sich bei der Bewegung des Schwungrades D² in der Pfeilrichtung die beiden Lager R -und R² von einander entfernen, bewirkt die gegenseitige Verschiebung des Zahnrades g² und der Zahnstange u² eine Drehung des ersteren und mit dieser des Zahnrades p². Letzteres verschiebt die mit der Zahnstange n² fest verbundene Hülse M auf der Achse des Schwungrades und mittelst des Hebels E das Reibungsrädchen B², welches durch die Feder s an die Wandung von A² gedrückt wird. Das Reibungsrädchen A² wird mittelst des Riemens P und der Riemscheibe D unmittelbar von der Achse des Schwungrades D² getrieben.

Die Zählwerkanordnungen sind die nämlichen wie bisher.

Zusammenfassung.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen registrirenden Kraft- oder Arbeitsmesser, bei welchem die treibende Maschine ihre Kraft und Geschwindigkeit in einer solchen Weise auf den. Apparat überträgt, dafs beide in jedem Augenblick ablesbar sind, die gröfsten und kleinsten Kraftübertragungen auch für gröfsere Zeitabschnitte gekennzeichnet werden, das Product Kraft mal Geschwindigkeit, d. h. die in einem beliebigen Zeitabschnitt geleistete Arbeit, aus der Differenz der Bewegungen einer treibenden und einer getriebenen Achse gewonnen wird und an einem oder zwei Zählwerken abgelesen werden kann.

Diese Leistung wird durch die gegenseitige Stellung zweier Reibungsräder bewirkt, welche ihrerseits von der in der Arbeitsmaschine lebenden Kraft und Geschwindigkeit abhängt. Die Maschinenarbeit kann in beliebigen Arbeitseinheiten gemessen, ein und derselbe Apparat auch für verschieden starke Maschinen verwendet werden.

Die gegenseitige Stellung der Reibungsräder vermeidet nach Möglichkeit ein Schleifen, mithin eine Abnutzung der Räder, indem die Anfangsstelluhg des Zählerrädchens B von der Achse des Triebrades um eine bestimmte Entfernung abbleibt.

Hierdurch werden, abweichend von ähnlichen Apparaten, zwei. Zählwerke auf der treibenden und getriebenen Achse bedingt, welche sich aber durch ein Differentialgetriebe vereinigen lassen.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Ein totalisirender Arbeitsmesser, bei welchem der Ruhe- oder Nullstand des getriebenen Reibrades (Diskusrades oder dergleichen) von der Achse des zugehörigen treibenden Rades entfernt liegt und die Arbeitsgröfse aus dem Unterschiede der Drehbewegungen dieser beiden mit einem oder zwei entsprechenden Zählwerken verbundenen Reibräder bestimmt wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.