Titel: | Die Dampfmaschinen-Indicatoren. |
Autor: | Freytag |
Fundstelle: | Band 279, Jahrgang 1891, S. 29 |
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Die Dampfmaschinen-Indicatoren.
Mit Abbildungen.
Die Dampfmaschinen-Indicatoren.
Ueber die allgemeine Entwickelung der Dampfmaschinen-Indicatoren, sowie über die
Vorzüge und Nachtheile der hauptsächlichsten Systeme dieser für den
Dampfmaschinenbau so überaus wichtigen Messinstrumente hielt C. F. Budenberg, der Geschäftstheilhaber der weltbekannten Firma Schäffer und Budenberg, im März dieses Jahres vor der
Owens College Engineering Society and Sheffield Society
of Engineers in Manchester einen höchst interessanten Vortrag, welcher, in
Industries, 1890 S. 152, bezieh. Iron, 1890 S. 538, veröffentlicht, dem folgenden
Berichte zu Grunde gelegt ist.
Der Dampfmaschinen-Indicator ist bekanntlich eine Erfindung von James Watt und es ist anzunehmen, dass diesem der
Besitz eines derartigen Instrumentes für die Vervollkommnung der Dampfmaschine von
sehr grossem Nutzen gewesen ist, weshalb er diese Erfindung aus ökonomischen
Rücksichten in das tiefste Geheimniss hüllte und erst kurz vor seinem Tode einigen
Freunden von derselben Mittheilung machte.
Wie fast alle Erfindungen Watt's ist auch der erst
geraume Zeit nach seinem Tode allgemeiner bekannt gewordene Indicator in solcher
Vollkommenheit aus seinen Händen hervorgegangen, dass bis auf den heutigen Tag
wesentliche Aenderungen daran nicht vorgenommen sind. Die mannigfachen
Verbesserungen beziehen sich nur auf Einzelheiten und waren hauptsächlich durch die
Einführung von Dampfmaschinen mit grösseren Kolbengeschwindigkeiten und höheren
Dampfdrücken als bisher bedingt; es sind dieselben nichtsdestoweniger von der
grössten Wichtigkeit, da bei Benutzung dieses Instrumentes die grösstmöglichste
Genauigkeit des Arbeitens überaus nothwendig ist.
Der eigentliche Zweck des Indicators ist, eine graphische Darstellung der wechselnden
Drücke, welche auf den beiden Kolbenseiten eines Dampfmaschinencylinders herrschen,
für jeden Punkt der Kolbenstellung zu liefern, um damit die Arbeit einer
Dampfmaschine ermitteln, sowie Fehler in der Construction und Ausführung derselben
entdecken zu können, welche letzteren andernfalls dem Constructeur entgehen würden.
Diese vorzugsweise Benutzung des Indicators erschöpft jedoch noch lange nicht seine
Verwendbarkeit; er kann gleich vorteilhaft noch zu verschiedenen anderen Zwecken
Verwendung finden, z.B. auf den Schieberkasten einer Dampfmaschine gesetzt zur
Bestimmung des Spannungsverlustes des Dampfes auf dem Wege vom Kessel nach dem
ersteren, auf den Kessel gesetzt zur Ermittelung der in diesem durch den abziehenden
Dampf hervorgerufenen Spannungsdifferenz, auf das Ausströmrohr geschraubt zur
Bestimmung des Gegendruckes einer Dampfmaschine, und ebenso lässt er sich an
Condensatoren, Luftpumpen u. dgl. anbringen, um auch hier über die im Inneren dieser
Apparate vor sich gehenden Erscheinungen Klarheit zu schaffen; ausserdem lässt sich
mit Hilfe des Indicators die Aufzeichnung relativer Bewegungen, wie z.B. derjenigen
des Schiebers in Bezug auf die Kolbenbewegung einer Dampfmaschine, leicht
vornehmen, indem man in diesem Falle den Schreibstift bei geschlossenem
Indicatorhahn durch die Schieberstange bewegen lässt; ebenso erhält man, wenn der
Papiercylinder von der Schieberstange aus bewegt, der Indicator dagegen wieder mit
dem Dampfcylinder in Verbindung gesetzt wird, ein Diagramm, welches die
Dampfspannung, bezogen auf den Schieberweg, graphisch darstellt und über das
Arbeiten der Steuerung genauen Aufschluss gibt. Der Indicator von Watt war derartig eingerichtet, dass er das Diagramm
auf eine mit Gegengewicht versehene Tafel, die mittels einer Schnur durch den Kolben
der betreffenden Dampfmaschine hin und her bewegt wurde, zeichnete; diese
Einrichtung ist seitdem allgemein und zwar zuerst von Mac
Naught durch einen Cylinder ersetzt worden. Der von dem zuletzt Genannten
construirte Indicator wurde vor dem Auftauchen desjenigen von Richards am meisten angewendet; der Kolben hatte hier
einen Durchmesser von nur ⅜ Zoll engl. und war mit einer sehr langen, schwachen
Spiralfeder verbunden, deren oberes Ende einen Halter für den Schreibstift trug, der
leicht auf einen Papiercylinder gedrückt wurde. Bei sehr geringen Geschwindigkeiten
gab dieser Indicator ziemlich zufriedenstellende Auskunft, indess schon bei massigen
Geschwindigkeiten von 40 bis 50 Umdrehungen in der Minute wurden die Störungen in
Folge heftiger Schwankungen der langen, schwachen Feder so bedeutend, dass die mit
demselben abgenommenen Diagramme nicht mehr benutzt werden konnten. Dieser Mangel
wurde von Richards durch Anbringung einer stärkeren
kurzen Feder beseitigt, welche durch den Dampfdruck zusammengepresst und nicht, wie
dies bei Naught geschieht, ausgezogen wird. Um bei den
hierdurch bedingten kurzen Kolbenwegen dem Schreibstift eine genügende Bewegung zu
ertheilen, musste ein Hebel werk vorgesehen werden, welche Aufgabe Richards dadurch löste, dass er zur Führung des
Schreibstiftes einen Watt'schen Lemniskoidenlenker
benutzte und diesen mit der Kolbenstange genau so in Verbindung brachte, wie es Watt an seinen Balancier-Dampfmaschinen bei den
Kolbenstangen des Dampfcylinders, der Condensatorpumpe u.s.w. ausgeführt hatte.
Der Richards'sche Indicator, welcher noch jetzt am
häufigsten anzutreffen ist und mit nicht unwesentlichen Verbesserungen von der Firma
Elliott Brothers in London eingeführt wurde, hat
eine Kolbenfläche von ½ Quadratzoll engl., einem Durchmesser von 0,79 Zoll engl.
entsprechend, und ungefähr 25/32 Zoll engl. Hub. Der Kolben ist dampfdicht im
Cylinder eingeschliffen und sein Weg steht zu demjenigen des Schreibstiftes im
Verhältniss 1 : 4; er ist fest mit der im Cylinderdeckel geführten Kolbenstange und
diese am oberen Ende mit einer kleinen Führungstange verbunden, welche an dem
Hauptlenker angreift. Der letztere wird ebenso wie der Gegenlenker von den Armen
einer um das Indicatorgehäuse drehbaren Hülse gestützt, welche ein bequemes
Andrücken bezieh. Entfernen des in einer von den Lenkern geführten Hängeschiene
befestigten Schreibstiftes an den bezieh. von dem Papiercylinder zulässt. Die obere
Kolbenseite steht durch kleine, gewöhnlich im Cylinderdeckel angebrachte Löcher,
welche auch zuweilen, um zu verhindern, dass der entweichende Dampf gegen das
Diagrammpapier bläst, seitlich am Cylinder angebracht sind, mit der Atmosphäre in
Verbindung. Das Indicatorgehäuse ist unten durch eine Differentialverschraubung mit
einem Hahnstück
verbunden und kann in Folge dessen unter jeden beliebigen Winkel eingestellt werden.
Der um eine im Gestell befestigte Stahlspindel drehbare Papiercylinder besitzt am
unteren Theile eine mit Spurkranz versehene Scheibe und in seinem Inneren eine
Spiralfeder, welche die Rückdrehung des Cylinders bewirkt. Die Spannung dieser Feder
lässt sich bei den von der Firma Schäffer und Budenberg
angefertigten Indicatoren, um einerseits bei schnellgehenden Maschinen ein
correctes, von den Einflüssen der schwingenden Massen des sich hin und her drehenden
Papiercylinders unabhängiges Diagramm zu bekommen, andererseits um bei langsam
laufenden Maschinen die Ausdehnung der Schnur während des Versuchs möglichst zu
vermeiden, je nach Bedarf durch Reguliren einer Spannschraube verstärken oder
abschwächen.
Beim Indiciren schnellgehender Maschinen und besonders dann, wenn wenig Compression
vorhanden ist, lässt es sich bei Benutzung des Richards'schen Indicators nicht vermeiden, dass die obere Curve der Diagramme
von der richtigen Expansionslinie abweicht und mehr oder weniger wellenförmig wird.
Diese Erscheinung ist zunächst bedingt durch die auf und nieder schwingenden nicht
unbeträchtlichen Massen dieser Geradführung; ferner erleiden einzelne Theile
derselben, wie Hauptlenker, Gegenlenker und die Hängeschiene leicht eine Verbiegung,
sobald der Schreibstift an den Papiercylinder gedrückt wird, wodurch nicht nur
Beeinträchtigungen in der richtigen Wirkung der Geradführung, sondern auch
Abnutzungen in den Gelenken u.s.w. entstehen.
Um diese genannten Uebelstände zu beseitigen, hat Thompson an Stelle des von Richards'
verwendeten Watt'schen Lemniskoidenlenkers einen Evans'schen Ellipsenlenker benutzt und dabei, um die
Trägheit der Massen zu verringern, das Gewicht derjenigen Theile der Geradführung,
welche eine grosse Bewegung auszuführen haben, möglichst gering genommen. Während
die Geradführung des Richards'schen Indicators mit
ihren doppelten Gegenlenkern und dem stark belasteten Hebelende, welches den
Schreibstift trägt, nach Prof. Reynolds die Abnahme von
Diagrammen nur noch bei etwa 69, 105 und 155 minutlichen Umdrehungen, je nachdem
Federn für Dampfdrücke von 20, 50 und 100 Pfund auf den Quadratzoll engl. zur
Verwendung kommen, gestattet, ist es mit der Thompson'schen Geradführung möglich, Diagramme auch bei 200 bis 300 und mehr
Umgängen in der Minute ohne Wellenlinien abzunehmen.
Textabbildung Bd. 279, S. 30
Fig. 1.Evans' Ellipsenlenker.
Die Drehpunkte oder Scharniere der Richards'schen
Geradführung haben nahezu sämmtlich grosse Wege zurückzulegen und alle beweglichen
Theile derselben sitzen ausserhalb der Ebene des schweren Trägers der Führung,
während bei der Thompson'schen Geradführung mit
Ausnahme eines einzigen Hebels sämmtliche Achsen und Lagerungen centrisch und in
breiten Auflagern liegen, die nicht so schnell der Abnutzung unterworfen sind als
jene; auch ist die Anzahl der Glieder eine geringere, als bei Richards.
Thompson benutzte zu seiner Geradführung eine
Combination des Evans'schen Ellipsenlenkers, welche
Fig. 1 schematisch veranschaulicht; a und b sind zwei feste
Punkte, um welche die Glieder ac und eb schwingen. Durch richtige Wahl der
Grössenverhältnisse der einzelnen Theile des Ellipsenlenkers kann man erreichen,
dass der vom Punkte d zurückgelegte Weg sich ziemlich
genau einer geraden Linie nähert. Um eine mathematische Gerade zu erhalten, müsste
sich der Punkt c auf fc
bewegen, b mit f
zusammenfallen und de gleich ce sein. Um der ersteren Bedingung so weit als möglich Genüge zu leisten,
ist das Glied ac ziemlich lang gehalten, so dass die
durch die Nichterfüllung der beiden anderen Bedingungen entstehenden Fehler nur noch
derartige sind, dass sich innerhalb des gebräuchlichen Hubes des Schreibstiftes
selbst mit sehr feinen Messwerkzeugen kaum ein Abweichen des Punktes d bezieh. des Schreibstiftes von der geraden Linie
nachweisen lässt. Dreyer, Rosenkranz u. Droop in
Hannover haben diese Geradführung an ihren nach Thompson's Muster gebauten Indicatoren dadurch verbessert, dass sie den
richtigen Evans'schen Lenker zu Grunde legten.
Textabbildung Bd. 279, S. 30
Thompson's Indicator.
Bewegt sich eine Stange dc (Fig. 1) von gegebener Länge zwischen den Schenkeln eines rechten Winkels
cfd, so beschreibt jeder Punkt derselben, z.B. e, eine Ellipse, deren halbe Achsen m und n sind; wird
umgekehrt der Punkt c in einer Geraden fc und Punkt e in einer
Ellipse geführt, deren Achsen 2 m und 2 n sind, so muss sich Punkt d nothwendiger Weise in einer Geraden bewegen.
Liegt e auf der Mitte von de, so wird m = n und es geht dann die Ellipse in den Kreis vom Radius m = n über, dessen
Mittelpunkt f ist. Die mit derartigen Geradführungen
geschriebenen Senkrechten weichen nach den Berechnungen von W. Hartmann (Zeitschrift des Vereins deutscher
Ingenieure, 1890 Nr. 2 S. 28) bei 70 mm Diagrammhöhe nur noch um 1/32 mm von der
mathematischen Geraden ab; die Genauigkeit ist demnach weit grösser als diejenige,
mit welcher selbst der geübteste Mechaniker für gewöhnlich Längen abzumessen
pflegt.
Bei dem Fig. 1 bis 3 ersichtlichen Indicator
von Thompson ist der Hauptlenker mit dem Kolben durch
eine längere dünne Stange verbunden, welche in der hohlen Kolbenstange mittels
nachziehbaren Kugelgelenkes befestigt ist; es erfordert diese Construction eine
äusserst peinliche und vorzügliche Ausführung, um so mehr, als die hohle
Kolbenstange eine ziemlich dünne Wandung besitzt, indessen kann sich die
Lenkerstange jetzt frei und ohne Spielraum bewegen.
Der Cylinder ist hier, wie bei Richards, mit der
Tragplatte nicht aus einem Stück hergestellt, wie es behufs genauer Ausbohrung –
parallel mit der Bohrung des Deckels und der Achse des Papiercylinders –
vortheilhaft wäre, sondern in den Indicatorkörper eingeschraubt, kann daher leicht
erneuert werden und ist auch der Reinigung gut zugänglich. Mit Rücksicht auf die
grösseren Geschwindigkeiten, für welche dieser Indicator bestimmt ist, betragen die
Bohrungen des Absperrhahnes und der Verbindungsstücke ½ Zoll engl. im Durchmesser,
gegenüber ⅜ Zoll im Richards'schen Indicator; die
Kolbenbewegung steht zu derjenigen des Schreibstiftes wieder im Verhältniss 1 : 4,
der Kolbenhub beträgt ¾ Zoll und die grösste Diagrammhöhe demnach 3 Zoll engl.
gegenüber 3⅜ Zoll engl. beim Richards'schen Indicator,
dessen Gesammtconstruction im Uebrigen beibehalten ist. Der Thompson'sche Indicator wird auch in einer kleineren Grosse gefertigt,
welche sich ganz besonders zur Abnahme von Diagrammen bei grossen Geschwindigkeiten
eignet; der Kolbenhub beträgt bei diesem kleineren Instrument nur ⅝ Zoll engl. und
die grösste Diagrammhöhe bei dem Umsetzungsverhältniss 1 : 4 demnach 2½ Zoll
engl.
Textabbildung Bd. 279, S. 31
Fig. 4.Crosby's Indicator.
Die Schreibstiftführung ist hier besonders leicht gehalten, so dass die Schwankungen
des Stiftes selbst bei den grössten Geschwindigkeiten gering ausfallen, weshalb auch
stärkere Federn zur Verwendung gekommen sind als bei dem grossen Indicator; ferner
ist die Lenkerstange ausserhalb des Deckels am Ende der Kolbenstange durch ein
Kugelgelenk mit der letzteren verbunden und damit die Benutzung einer hohlen
Kolbenstange, welche wegen ihres grossen Durchmessers leicht grössere Reibungen
erzeugt, vermieden. Das Gewicht dieses Indicators mit Zubehör beträgt etwa 2½ k,
während das grössere Instrument etwa 5½ k wiegt.
Ein dem Thompson'schen in der Gesammtanordnung ähnlicher
Indicator ist der in Amerika vielfach benutzte Crosby-Indicator, welcher in Fig. 4
wiedergegeben ist und sich hauptsächlich durch die Geradführung des Schreibstiftes
und eine eigenartige Anordnung der Federn von dem ersteren unterscheidet.
Die Schreibstiftführung wird durch einen angenäherten Ellipsenlenker bewirkt, dessen
Eigentümlichkeit darin besteht, dass der Angriffspunkt des Gegenlenkers noch weiter
als derjenige des Evans'schen Lenkers bei Thompson von dem Schreibstifte weg nach der
Kolbenstange zu, und zwar in diese selbst gerückt ist, so dass er nur die kleine
Bewegung des Schreibhebels mitzumachen hat und seiner geringen Länge wegen auch von
wenig störendem Einfluss auf die Bewegung des Schreibzeuges sein wird. Der
Unterschied der Wege der äusseren Gegenlenkerpunkte für dieselbe
Schreibstiftbewegung stellt sich bei den Indicatoren von Crosby und Thompson wie
1000 zu 1625.
Ueber die Nachtheile dieser Schreibstiftführung sowie die eigenartige Anordnung der
doppelarmig gewundenen Federn ist bereits 1884 254 * 412
ausführlicher berichtet worden; nachzutragen ist noch, dass die Crosby'schen Papiercylinder nicht mit Spiralfedern,
sondern behufs Erzielung einer gleichbleibenden Spannung der die Trommel bewegenden
Schnur mit Drehschraubenfedern versehen sind, deren Widerstand für Hin- und Rücklauf
nicht gleichförmig, sondern wechselnd ist, da, um eine gleichförmige Schnurspannung
zu erhalten, die Federspannung beim Beginn des Rücklaufes um das Doppelte des
Momentes zuzüglich der Reibung der Trommel grösser sein muss als diejenige bei
Beginn des Hinlaufes.
Es kommt nämlich bei der Berechnung beider Federarten der grösste Radius ihrer
Windungen in Betracht, insofern die Biegsamkeit in geradem, die Kraft dagegen in
umgekehrtem Verhältnisse hierzu steht. Bei den früher erwähnten Spiralfedern ist das
äusserste Ende am inneren Umfange der Trommel befestigt, deren unveränderlicher
Radius somit zugleich derjenige der Feder ist, wogegen die Drehschraubenfeder der
Crosby'schen Trommeln ihren Radius umgekehrt zur
Zahl der Windungen stetig beim Hin- und Rücklaufe ändert. Durch geschickte Benutzung
dieses Unterschiedes zusammen mit dem Trommelgewicht ist es Crosby möglich geworden, seine Schnurspannung selbst für ganz ungewöhnlich
hohe Umdrehungszahlen, wie 500 und mehr, praktisch so gut wie gleich zu halten;
selbstverständlich muss dabei die mittlere Federspannung durch Drehung des
Federknopfes dem Gange entsprechend gehalten werden.
Eine von G. W. Brown construirte Vorrichtung, den Betrag
der Schnur Spannung graphisch darzustellen, ist übrigens 1884 254 * 414 beschrieben worden.
Der Kolbenhub des Indicators von Crosby beträgt nur ⅜
Zoll engl., die Uebersetzung 1 : 6, so dass sich eine Diagrammhöhe von 2¼ Zoll engl.
ergibt; er leidet, trotzdem er im Uebrigen allen Anforderungen, welche man an ein
gutes Instrument stellen darf, auch in Bezug auf sorgfältige Herstellung aller
Theile vollkommen Genüge leistet, hauptsächlich an dem Uebelstande, weil zu leicht
und empfindlich gebaut, für den gewöhnlichen Gebrauch nicht besonders zweckmässig
zu sein; haben doch mit derartigen Instrumenten, namentlich bei grossen
Geschwindigkeiten abgenommene Diagramme gezeigt, dass sogar die Vibrationen der
Maschine nicht ohne Einfluss auf das Schreibzeug gewesen sind.
Textabbildung Bd. 279, S. 31
Fig. 5.Kenyon's Indicator.
Ein anderes, wenn schon nicht von grosser praktischer Bedeutung, so doch wegen seiner
aussergewöhnlichen Construction erwähnenswerthes Messinstrument ist der (bereits
1881 242 * 317 kurz erwähnte) Indicator von Kenyon in Manchester. Kolben und darüber liegende
Spiralfeder sind hier durch eine Bourdon'sche Röhre
ersetzt, wie solche bei Manometern zur Bestimmung des Kesseldruckes vielfach
Verwendung findet; durch die von den verschiedenen Drücken abhängigen Bewegungen des
freien Endes der federnden Röhre wird die Schreibstiftführung, welche ähnlich wie
beim Richards'schen Indicator aus einem
Lemniskoidenlenker besteht, auf und nieder bewegt.
Textabbildung Bd. 279, S. 32
Fig. 6.Tabor's Indicator.
Das Instrument ist, anderen Indicatoren gegenüber, von einer bedeutenden Grosse und
seine Angaben sind zu sehr von der Beeinflussung der Röhre bei
Temperaturschwankungen und dem Gewichte des in derselben angesammelten condensirten
Wassers abhängig; es hat jedoch in neuerer Zeit als Hochdruckindicator zur
Bestimmung von Drücken zwischen 5 bis 10 t auf den Quadratzoll engl. und darüber
vielfache Verwendung gefunden, nachdem die Messingröhre durch eine aus vorzüglichem
Stahl gefertigte Röhre ersetzt wurde, welche in der aus Fig. 5 ersichtlichen Weise jetzt genau wie bei einem Dampfkesselmanometer
angeordnet ist. Namentlich zu hydraulischen Zwecken eignet sich dieser Indicator
vorzüglich, weshalb er auch von Prof. Unwin bei seiner
hydraulischen Zerreissmaschine zur Abnahme von Diagrammen benutzt wurde.
Textabbildung Bd. 279, S. 32
Fig. 7.Geradführung zu Tabor's Indicator.
Bei dem 1880 236 * 272 beschriebenen und häufiger
angewendeten Indicator von Darke in London hat der
Kolben nur einen einzigen Hebel zu bewegen, welcher den Schreibstift trägt; der
letztere sitzt in einem Träger, welcher in einem langen Schlitz parallel zur
Papiertrommel geführt wird, mit dem fest gelagerten Hebel demnach nicht fest
verbunden sein kann, sondern in einem Langschlitze desselben gleitet.
Ein Uebelstand an diesem Indicator liegt darin, dass der kleine, zwangläufig bewegte
Schreibstiftträger in gewissen Stellungen einer bedeutenden Reibung unterworfen ist
und sehr leicht klappert, wodurch grosse Unregelmässigkeiten in den Linien des
Diagrammes entstehen; aus diesem Grunde kann diese Einrichtung nicht empfohlen
werden.
Das Streben nach Verringerung des Gewichtes der schwingenden Massen führte vor
etwa acht Jahren den Ingenieur Tabor in New York zur
Construction eines Indicators, bei dessen Geradführung ebenfalls der Gegenlenker
vollständig vermieden ist und welcher im Uebrigen grosse Aehnlichkeit mit dem Thompson'schen Indicator hat. An Stelle des bei
letzterem angeordneten kurzen Gegenlenkers wird hier, wie Fig. 6 und 7 zeigen, die Geradführung des
Schreibstiftes (nach Engineer 1889 S. 50) ebenfalls wie
beim Darke'schen Indicator zwangläufig und zwar mittels
Stiftes durch eine Curve von der Form eines angenäherten Kreisbogens bewirkt, dessen
Krümmungsmittelpunkt etwa in der Achse des Schreibstiftes liegt. Die Curve ist in
einer auf dem Cylinderdeckel befestigten Platte ausgespart und um schädliche
Reibungen, sowie ein Klappern des Stiftes zu verhüten, ist derselbe mit einer
kleinen, lose drehbaren Rolle verbunden, welche sich in der genannten Curve frei auf
und nieder bewegt und damit die geradlinige Führung des Schreibstiftes
ermöglicht.
Das Umsetzungsverhältniss beträgt 1 : 5, der Kolbenhub 0,65 Zoll engl., die
Diagrammhöhe demnach 374 Zoll engl. Die Kolbenstange ist mit dem Kolben in der aus
Fig. 7 ersichtlichen Weise durch einen
Kugelzapfen verbunden und das Dichthalten des Kolbens durch umlaufende Riffelungen,
in denen sich Wasser aufhalten kann, erreicht.
Textabbildung Bd. 279, S. 32
Fig. 8.Indicator von Innes.
Ebenso wie derjenige von Crosby, besitzt auch dieser
Indicator, um seitliche Kolbendrücke in Wegfall zu bringen, doppelarmig gewundene
Federn. Der Schreibstift kann auf jeder Seite der aus einem dünnen Messingrohre
bestehenden Papiertrommel benutzt und zu dem Zwecke die ganze Geradführung mittels
Handgriff in einer auf dem abschraubbaren Cylinderdeckel angebrachten Ringnuth
entsprechend gedreht werden; eine regulirbare Schraube verhütet ein zu starkes
Andrücken des Schreibstiftes gegen das von ungleich langen Streifen aus Neusilber
gehaltene Papier. Mittels einer durch federnden Riegel in Eingriff gebrachten
Sperrklinke lässt sich auch hier in der gewöhnlichen Weise die Papiertrommel
feststellen. Der Leitrollenträger besteht aus einer cylindrischen Scheibe, welche,
auf ihrem äusseren Umfange mit Leder überzogen, sich je nach der Schnurablenkung mit
Leichtigkeit einstellt.
Ein Vergleich der Tabor-Geradführung mit dem Evans'schen Lenker zeigt, dass beide geometrisch
identisch sind, denn bei beiden werden die Punkte c und
e (Fig. 1 und 7) des Hauptlenkers gezwungen, sich auf Kreisen um die
Punkte a bezieh. b zu
bewegen; die Art und Weise jedoch, wie der Zwanglauf hervorgebracht wird, ist
verschieden.
Ein anderer Indicator, dessen Vortheile darin bestehen, dass man mit Leichtigkeit ein
grosses Uebersetzungsverhältniss zwischen Kolben und Schreibstift bei kleinen Abmessungen der
Geradführung erzielen kann, so dass dadurch die schwingenden Massen wiederum
vermindert werden, ist der ebenfalls in Engineer, 1889
S. 489, beschriebene Indicator von Mc. Innes.
Wie aus Fig. 8 ersichtlich, bezieht sich hier die
Aenderung auf die Art und Weise, wie die Bewegung des Kolbens auf den Hauptlenker
der Geradführung übertragen wird. Während bei allen anderen Indicatoren das hierzu
nothwendige Glied von der Kolbenstange unmittelbar zum Hauptlenker führt, hat Mc. Innes dieses Glied zwischen die Kolbenstange und
den Gegenlenker gelegt.
Textabbildung Bd. 279, S. 33
Indicator von Fraser, Tavernier und Casper.
Bei der Construction aller bisher genannten Indicatoren nahm man behufs Gewinnung
brauchbarer Diagramme namentlich darauf Bedacht, die Masse des Kolbens und der damit
zusammenhängenden Schreibstiftführung auf einen immer geringeren Betrag
zurückzuführen. Ganz hiervon abweichend ist der der Firma Fraser, Tavernier und Casper in London patentirte, in Fig. 9 und 10 veranschaulichte
Indicator ausgeführt; es wird bei demselben nach Industries vom 15. August 1890, ähnlich wie bei dem Indicator von Brown (1888 269 * 59), die
Durchbiegung einer elastischen Platte durch den Dampfdruck zur Aufzeichnung des
Diagramms benutzt, und zwar erfolgt die Uebertragung der Plattenbewegung auf die um
den Cylinder rotirende Papiertrommel mittels einer Anzahl scheren artig über
einander liegender Hebel, welche in Folge ihrer bedeutenden Masse, sowie in
Anbetracht der erheblichen Reibungsverluste, welche bei der Drehung der einzelnen
Hebel um ihre Bolzen entstehen, bei nur einigermassen höheren Geschwindigkeiten die
Aufzeichnung eines brauchbaren Diagramms kaum gestatten werden. Der Dampf tritt
durch die Oeffnung B2,
den Kanal B1 und die
Bohrung B in eine Kammer D, welche mit einer Flüssigkeit gefüllt ist und mittels dieser den Dampfdruck
gleichmässig auf die elastische Platte F überträgt; auf
der letzteren ruht ein kleiner Kolben G, welcher durch
eine Spiralfeder niedergedrückt wird und durch eine Stange mit Kugelgelenk seine
Bewegungen auf die scherenartig über einander liegenden Hebel L überträgt, welche dieselben dann vergrössert durch
Stangen O dem Schreibstiftträger Q mittheilen.
Die von den bisher genannten Indicatoren aufgezeichneten Diagramme geben
bekanntlich nicht direct die wirklichen, auf den Kolben ausgeübten Dampfdrücke,
sondern nur die Druckschwankungen auf ein und derselben Kolbenseite während einer
Umdrehung der Maschine an. Die obere oder Admissionscurve gehört in Wirklichkeit
nicht zu der darunter stehenden Emissionscurve, sondern eigentlich schon zu
derjenigen Emissionscurve, welche beim gleichzeitigen Indiciren der anderen
Kolbenseite entstehen würde; man nimmt eben für gewöhnlich, bei der Berechnung der
Leistung einer Maschine aus den abgenommenen Diagrammen an, dass die Vorgänge
während zweier auf einander folgenden Hübe und bei Anwendung eines einzigen
Indicators, welcher durch einen Dreiwegehahn abwechselnd mit den beiden
Cylinderenden in Verbindung gebracht wird, sogar während mehrerer Umdrehungen der
Maschine auf beiden Kolbenseiten dieselben sind.
Unter Umständen können diese Annahmen indess zu Fehlern Veranlassung geben und man
müsste dann, um ein richtiges Resultat zu erhalten, die mittels zweier Indicatoren
erhaltenen Diagramme combiniren, d.h. durch Abzug der entsprechenden Ordinaten ein
neues Diagramm entstehen lassen, welches nun den wirklichen Druck auf den Kolben bei
jeder Stellung desselben angibt. Um dies auf weniger umständliche Weise zu
erreichen, wendet man Doppelindicatoren an, welche in der Regel so eingerichtet
sind, dass sich mit ihnen sowohl Einzeldiagramme als auch Diagramme, welche aus dem
Unterschiede der Drücke vor und hinter dem Kolben einer Dampfmaschine resultiren,
nehmen lassen. Einen derartigen Indicator von Schäffer und
Budenberg zeigt Fig. 11; er besteht aus
einer Verbindung von zwei Indicatoren, die gleichzeitig auf den Schreibstift wirken
und diesen veranlassen, direct den resultirenden Dampfdruck auf den Maschinenkolben
anzugeben. Die beiden auf der Spindel S befestigten
Kolben K und K1 stehen bei geöffneten Hähnen unter der Einwirkung
der Drücke beider Cylinderseiten, welche bei Hochdruckmaschinen einander entgegen
wirken, bei Condensationsmaschinen indess sich gegenseitig unterstützen, d.h. nach
einer Richtung wirken, so dass beim Hingange des Kreuzkopfes der Maschine die
Feder nach oben, beim Hergange nach unten (oder umgekehrt) um die Differenz beider
Cylinderpressungen (positiv gerechnet) comprimirt, also stets auf Druck beansprucht
wird.
Textabbildung Bd. 279, S. 33
Fig. 11.Doppelindicator von Schäffer und Budenberg.
Das Diagramm (Fig. 12) ist demnach eine theils
oberhalb, theils unterhalb der atmosphärischen liegende Linie, und die Entfernung
von der ersteren ist jedesmal der wirkliche Druck auf die Kolbenstange; der
Curventheil oberhalb derselben gibt die Arbeit der einen, derjenige unterhalb die
Arbeit der anderen Cylinderseite und die ganze geschlossene Curve die Gesammtarbeit während einer
Umdrehung an.
Oeffnet man nur den einen oder andern Indicatorhahn, so erhält man von beiden
Cylinderseiten Einzeldiagramme und durch Abnehmen derselben auf demselben Papier, wo
bereits das combinirte Diagramm geschrieben ist, ein in jeder Beziehung
übersichtliches Bild, aus dem alle Einzelheiten des Diagramms ersichtlich sind und
welches die Berechnung der Kraftleistung der Maschine ausserordentlich erleichtert.
Die Einrichtung und Verhältnisse der Geradführung sind diejenigen des gewöhnlichen
Thompson-Indicators und das Instrument kann durch
einfaches Abschrauben des viergängigen unteren Stutzens und Einschrauben eines
Cylinders auch sofort in einen einfachen Indicator umgewandelt werden.
Textabbildung Bd. 279, S. 34
Fig. 12.Indicator-Diagramm.
Eine Eigentümlichkeit des Doppelindicators gegenüber allen anderen Constructionen
besteht nach C. F. Budenberg darin, dass derselbe von
den Einflüssen des variirenden Barometerstandes unabhängig ist. Während bei den
einfachen Indicatoren über dem Kolben der Atmosphärendruck wirkt, ist beim
Doppelindicator der Kolben in Bezug auf diesen Druck entlastet. Wenn man bedenkt,
dass die Indicator federn immer nur für einen bestimmten Barometerstand richtig
justirt werden können, dass aber andererseits durch die fortwährenden
Barometerschwankungen und durch die differirende Höhenlage der zu indicirenden
Maschine, welche Berglocomotiven oder unterirdische Wasserhaltungsmaschinen sein
können, der Gegendruck auf den Indicatorkolben sehr schwankt, so ist klar, dass der
Doppelindicator bedeutend richtigere Diagramme gibt als ein einfacher Indicator, bei
dem der Einfluss des Barometerstandes vernachlässigt ist. Der Indicator wird, wie
Fig. 13 zeigt, mit dem Cylinder durch Hähne
verbunden, welche wegen der Druckabnahme über ½ Zoll weit und möglichst kurz
gehalten werden.
Textabbildung Bd. 279, S. 34
Fig. 13.Indicator-Anordnung.
Was der erwähnte Einfluss des Barometerstandes auf die von einem Indicator erzielten
Curven anbelangt, so kann derselbe in den meisten Fällen vernachlässigt werden.
Nimmt man z.B. den Barometerstand zu 75 cm an, so wird 1 cm Quecksilbersäule 1/75 at oder
0,0133 k auf 1 qcm entsprechen; denkt man nun den Barometerstand um ganze 5 cm
verändert, so würde dies nur ungefähr einen Unterschied von 0,0133,5 = 0,0665 auf 1
qcm ausmachen, welcher doch kaum von grosser practischer Bedeutung sein dürfte.
Freytag.