Titel: | Neuere Dynamometer. |
Autor: | Fr. |
Fundstelle: | Band 281, Jahrgang 1891, S. 255 |
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Neuere Dynamometer.
Mit Abbildungen.
Neuere Dynamometer.
Man unterscheidet zweierlei Arten von Dynamometern, diejenigen, welche die ausgeübte
Kraft oder Arbeitsleistung einer Maschinenanordnung dadurch messen, dass sie
zwischen den Motor und die Arbeitsmaschine eingeschaltet werden, also vorzugsweise
dann in Anwendung kommen, wenn es sich um die Ermittelung des Arbeitsaufwandes
handelt, welchen eine Arbeitsmaschine während ihrer
gewöhnlichen Bewegung bedarf, und diejenigen, welche nur für Kraftmaschinen und zwar in der Regel nur für solche mit rotirender
Bewegung angewendet werden, wenn es sich darum handelt, diejenigen Leistungen zu
ermitteln, welche diese Kraftmaschinen bei gewissen Geschwindigkeiten oder unter
sonstigen Betriebsverhältnissen überhaupt auszuüben im Stande sind. Hierbei wird der
Kraftmaschine bei der Messung ein künstlicher Widerstand entgegengesetzt, gewöhnlich
eine Reibungsarbeit, seltener eine zu hebende Last, welcher Widerstand soweit
steigerungsfähig ist, dass er vom Motor im Beharrungszustande überwunden wird; zu
dieser zweiten Art von Kraftmessern, welche allgemein als Bremsdynamometer
bezeichnet werden, gehört z.B. der bekannte Prony'sche
Zaum.
Einige neuere Dynamometer zum Messen der Leistungen von Arbeitsmaschinen sind in
einem vor Kurzem erschienenen Werke: „Guide pour d'essai
des machines à vapeur“ von J. Buchetti
in Paris eingehender behandelt. Wie Revue industrielle,
1891 S. 93, auszüglich berichtet, bestehen derartige Dynamometer in der Regel aus
zwei durch Federn, Zahnräder oder Riemen mit einander in Verbindung gebrachten
Scheiben, von denen die eine den von dem Motor kommenden Riemen aufnimmt, die andere
zum Betreiben derjenigen Maschine dient, deren Widerstandsarbeit gemessen werden
soll.
Die von der einen auf die andere Scheibe übertragene Kraft bewirkt eine Verdrehung
der beiden Scheiben gegen einander und lässt sich in Folge der eintretenden
Durchbiegung einer Feder oder aber auch direct durch ein Gewicht messen, solange sie
nur innerhalb kleinerer Grenzen schwankt; ist letzteres dagegen nicht der Fall, so
bestimmt man ihren Werth durch Aufzeichnung einer Curve, welche auf einen
Papierstreifen mittels Stiftes geschrieben wird, dessen Bewegung zu derjenigen der
Kraft in einem gewissen Verhältniss steht. Die Fläche der Curve gibt dann die
übertragene Arbeit.
Bei Maschinen endlich, welche mit grossen Umdrehungszahlen laufen und deren
Kraftverbrauch nahezu constant bleibt, lässt sich die innerhalb einer gewissen Zeit
übertragene Arbeitsleistung durch einen weiter unten näher beschriebenen
Registrirapparat (Arbeitsmesser genannt) mit Leichtigkeit feststellen. Oft geben
auch die Dynamometer sowohl auf einem Papierstreifen, als auch gleichzeitig noch
durch einen Arbeitsmesser die übertragenen Leistungen an.
Die Revue industrielle, 1891 Taf. 5, entnommenen
Abbildungen (Fig. 1 bis
5) veranschaulichen
den Federdynamometer von Easton-Anderson; derselbe
besteht aus zwei Scheiben von gleichem Durchmesser, deren eine A (Fig. 2) auf der in zwei
Bocklagern geführten Welle A1 festgekeilt ist und entweder mittels Riemen oder auch unter
Zwischenschaltung einer Kreuzgelenkkuppelung C vom
Motor aus direct betrieben wird, während die andere Scheibe B sich frei auf der Welle A1 dreht und ihre empfangene Bewegung auf
die betreffende Arbeitsmaschine überträgt. Beide Scheiben A und B sind durch vier spiralförmig
gewundene Federblätter D D und E E (Fig. 1)
mit einander verbunden, von denen die letzteren jedoch eine den ersteren
entgegengesetzte Krümmung besitzen, so dass die Centrifugalkraft ohne Einfluss auf
die Federn bleibt.
Textabbildung Bd. 281, S. 256
Dynamometer von Easton-Anderson.
Sämmtliche Federn sind mit ihren inneren Enden auf der Nabe
der losen Scheibe B fest gemacht, während bezüglich
ihrer äussersten Enden diejenigen der Federn D D
direct, diejenigen der beiden anderen Federn E E
dagegen unter Zwischenschaltung von Unterlagen F F mit
der festen Scheibe A verbunden sind. Die von der Welle
A1 bezieh. der
Scheibe A auf die lose Scheibe B übertragene Kraft bewirkt eine ihrer jedesmaligen Stärke entsprechende
grössere oder geringere gegenseitige Verdrehung der beiden Scheiben, welche gemessen
werden kann und durch zwei auf der Scheibe A befestigte
Winkel, die gegen einen auf der Scheibe B befestigten
Theil K treffen, begrenzt wird.
Textabbildung Bd. 281, S. 256
Dynamometer von Easton-Anderson.
Auf der Nabe der Scheibe B (Fig. 4 und 5) ist ein Zahnseetor b aufgeschraubt, welcher mit einem Getriebe a in Eingriff steht; letzteres befindet sich am
äussersten Ende einer Spindel d, welche mittels
Böckchen von der Welle A1 getragen wird und auf deren anderem Ende ein zweites Getriebe c sitzt, welches in eine Zahnstange greift, die in
einem mit der Spindel e verschraubten und in einer
mittleren Längsnuth der Welle A1 frei beweglichen Rahmen liegt, so dass die
jeweilige Relativlage der Scheiben A und B bezieh. der Zahngetriebe a und b sich auf die Spindel e überträgt.
In dem am äussersten Ende der Welle A1 gelegenen Kasten M
(Fig. 2) befindet
sich der Arbeitsmesser, aus einer von der Welle A1 betriebenen Scheibe G
(Fig. 3) mit
Tourenzähler bestehend, gegen welche sich eine die Ortsveränderungen der Spindel e aufnehmende kleine Rolle H legt, aus deren Umdrehungen dann mit Hilfe einfacher Rechnung die
Gesammtarbeit der betreffenden Arbeitsmaschine ermittelt werden kann.
In dem Kasten M ist ferner noch ein von der Welle A1 aus betriebener
Cylinder J untergebracht, über welchen ein mittels
kleiner Röllchen entsprechend geführter Papierstreifen geht, auf welchen ein von der
Spindel e betätigter Stift Diagramme schreibt, deren
Ordinaten den durch die Scheiben A und B übertragenen Tangentialkräften proportional sind.
Die bei dem vorstehend beschriebenen Dynamometer mittels Zahnrädergetriebe erfolgte
Messung der gegenseitigen Verdrehung der beiden Scheiben kann insofern zu
unrichtigen Resultaten führen, als im Laufe der Zeit die betreffenden Zähne mit mehr
oder weniger Spiel in einander greifen, wodurch um so bedeutendere Differenzen
entstehen können, als der Zahnsector und die Räder selbst nur verhältnissmässig
kleine Abmessungen besitzen.
Textabbildung Bd. 281, S. 256Vuaillet's biegsames Dynamometerband. Um diesen Uebelstand zu vermeiden, hat Vuaillet die Zahngetriebe durch ein biegsames Band oder eine Schnur aus
Metall ersetzt, deren Bewegungen auf eine zusammendrückbare Feder übertragen
werden.
Wie aus Fig. 6 und 7 ersichtlich, ist das
biegsame Band d an einem vorstehenden Kloben a der Scheibe B befestigt
und geht zunächst über die Rolle b, welche um einen mit
der Scheibe A verschraubten Bolzen frei beweglich ist,
sodann über die in zwei Körnerspitzen laufende und in einer Aussparung der Welle A1 untergebrachte Rolle
c nach der am äussersten Ende der genannten Welle
befestigten Feder. Es ist leicht einzusehen, dass bei der gegenseitigen Verdrehung
der Scheiben A und B die
Theile a und b zu einer
Verschiebung in dem einen oder anderen Sinne gezwungen werden, wodurch das in der
Bohrung der
Welle A1 liegende Band
d entsprechend mitgenommen wird und die aussen
liegende Feder eine grössere oder geringere Zusammendrückung erleidet; die
Bewegungen der letzteren lassen sich dann wieder auf das Röllchen eines
Arbeitszählers oder auf den Stift eines Papiercylinders übertragen.
Ein anderes von Vuaillet erfundenes Dynamometer stellen
die Abbildungen Fig. 8
und 9 dar.
Die auf gemeinschaftlicher Achse befestigte Scheibe mit conischem Rade A (Fig. 9) empfängt ihre
Bewegung mittels Riemen vom Motor aus, während die lose Scheibe A1 eine Unterbrechung
der Bewegungen des Apparates gestattet, ohne den Motor vorher stillsetzen zu müssen.
Das Rad A überträgt unter Vermittelung des
Zwischenrades C die Bewegung im entgegengesetzten Sinne
auf das Rad und die Scheibe B, welche letzteren beiden
Theile auf einer zweiten Welle fest gemacht sind und mit derjenigen Arbeitsmaschine,
deren Widerstand man messen will, in Verbindung gebracht werden. Das Zwischenrad C sitzt auf einer in zwei Körnerspitzen laufenden
Spindel, welche innerhalb eines von den Wellenenden A
und B getragenen, vollständig ausbalancirten Rahmens
D D liegt und sich frei um ihre Achse bewegt.
Textabbildung Bd. 281, S. 257Vuaillet's Dynamometer. Es ergibt sich ohne weiteres, dass je nach dem Widerstände, welcher der
Scheibe B entgegengesetzt wird, das Rad C seine ursprüngliche Stellung mehr oder weniger
verändert, und die Grösse dieser der übertragenen Kraft proportionalen
Stellungsänderung wird zum Messen der Kraft selbst benutzt.
Zu dem Zwecke sind auf dem oberen Theile des Rahmens D D
zwei Daumen E (Fig. 8) angebracht,
welche je nach dem Sinne der Bewegung des Rahmens gleichzeitig eine mit einer
wagerechten Stange verbundene kleine Rolle bethätigen, so dass die an den Enden
dieser Stange sitzenden Spiralfedern F entsprechend
zusammengedrückt bezieh. aus einander gezogen werden. Die Federn lassen sich,
ähnlich wie bei einem Indicator, auswechseln und dadurch kann der Apparat sowohl zum
Messen kleinerer als auch bedeutenderer Kräfte Verwendung finden.
Der Papierstreifen erhält seine Bewegung durch ein Rädergetriebe G und eine endlose Kette H, wobei der auf einem kleinen gelenkigen Dreieck befestigte Schreibstift
b in Folge seines Eigengewichtes beständig auf dem
Papier ruht und eine gerade Linie schreibt; ein zweiter in derselben Weise wie der
erstere am Ende der Stange F F befestigter Schreibstift
a zeichnet eine Curve auf, deren Ordinaten den
übertragenen Kräften proportional sind. Die von den beiden Stiften gezogenen Linien
schliessen
eine Fläche ein, welche zur Ermittelung der Arbeit dient. Zu beiden Seiten des
Schreibstiftes a sind an dem zugehörigen kleinen
gelenkigen Dreieck noch zwei Stangen befestigt, welche die Fortsetzung der Stange
F F bilden und die Rolle J führen, welche sich auf die Scheibe M
stützt; letztere erhält ihre Bewegung unter Vermittelung der Zahngetriebe G L und zweier unter ihr liegender conischer Räder. Die
Anzahl der Umdrehungen, welche die Rolle J ausführt und
die man zur Bestimmung der Arbeit wissen muss, wird durch einen Tourenzähler t angezeigt.
Um auch die Anzahl der Umdrehungen kennen zu lernen, welche das Dynamometer während
der Versuchsdauer zurücklegt, ist noch ein zweiter Tourenzähler n angebracht und eine kleine Ausrückkuppelung
ermöglicht das gleichzeitige oder getrennte Betreiben dieser beiden
Registrirapparate.
Ein. Dynamometer von Schuckert in Nürnberg
veranschaulichen die Fig.
10 und 11
gegebenen Abbildungen.
Der von dem Motor kommende Treibriemen geht über die auf der Achse C (Fig. 10) des Apparates
festgekeilte Scheibe A, während eine andere Scheibe B auf der Welle C wieder
frei beweglich ist. Beide Scheiben sind durch zwei Spiralfedern D (Fig. 11) mit einander
verbunden, welche sich bei der durch gusseiserne Anschläge E
E1 begrenzten Relativbewegung der beiden
Scheiben ausdehnen.
Die Drehbewegung der Scheibe B wird durch das
schraubenförmige Segment F (Fig. 10) auf einen Hebel
G übertragen, welcher dieselbe vergrössert der
geradlinig geführten Stange H mittheilt; letztere trägt
an ihrem äussersten Ende einen Schreibstift J. Der
Hebel G ist durch eine kleine Stange und Torsionsfeder
mit dem auf der Welle C fest geschraubten Halter K verbunden und je mehr die Spiralfedern aus einander
gehen, um so grösser werden auch die Verschiebungen der Stange H bezieh. des Schreibstiftes J.
Bei constantem Widerstand lässt sich die Umfangskraft der Scheiben ohne weiteres an
dem äussersten Ende der Stange H direct ablesen, da in
diesem Falle ein mit Theilstrichen versehenes Messinglineal angeordnet ist. Das Ende
der Welle C trägt noch ein Schraubengewinde V1 welches mit dem Rade
eines Tourenzählers in Eingriff steht.
Um die Theilstriche auf dem Messinglineal anbringen zu können, bremst man die Scheibe
A, belastet sodann einen über die Scheibe B gelegten Riemen mit von 5 zu 5 k zunehmenden
Gewichten und markirt auf dem Lineal die jedesmalige Stellung, welche das äusserste
Ende der Stange H hierbei einnimmt. Behufs Vornahme
einer derartigen Beobachtung drückt man zunächst einen Hebel nach unten, um den Tourenzähler
auszulösen, und führt den Zeiger desselben auf Null zurück; sodann, wenn die
Maschine ihre normale Geschwindigkeit erreicht hat, hebt man den vorgenannten Hebel
wieder in die Höhe und stellt durch eine Klemmschraube den Tourenzähler sowie das
Lineal fest. Ist P die auf dem Lineal abgelesene Kraft
und n die Anzahl der minutlichen Umdrehungen, so ergibt
sich die auf die Scheiben vom Halbmesser r übertragene
Arbeit in Pferden zu
N=P\,\frac{2\,\pi\,r\,.\,n}{60\,.\,75}=0,0014\,P\,.\,r\,.\,n.
Textabbildung Bd. 281, S. 258Schuckert's Dynamometer. Erhalten beide Scheiben, wie es gewöhnlich der Fall ist, einen Umfang 2
π r = 1 m, so geht obiger Ausdruck über in
N=P\,\frac{n}{4500}
Man setzt in diese Gleichung für P das arithmetische
Mittel aus einer Anzahl von Versuchen ein, welche vielleicht in Zeiträumen von 10 zu
10 Secunden, die sich mittels einer mit Secundenzeiger versehenen Taschenuhr genau
genug feststellen lassen, vorgenommen werden. Handelt es sich indess darum, die
innerhalb weiterer Grenzen schwankende Arbeit, z.B. einer Werkzeugmaschine,
festzustellen, so benutzt man den auf den Abbildungen ersichtlichen
Registrirapparat, welcher sich wieder aus einem Tourenzähler t und zwei Rollen T T1 zusammensetzt, über welche ein Papierstreifen
läuft; das Ganze wird von einem Support M getragen,
welcher mit Hilfe des Hebels l gedreht und in jeder
beliebigen Lage durch die Schraube m festgestellt
werden kann. Der Support ist noch mit einem Stift J1 zum Aufzeichnen der Nullinie auf dem
Papierstreifen versehen.
Die Bewegung des Papieres wird dadurch erreicht, dass die Trommel T auf ihrer Innenfläche eine Kautschukrolle trägt, in
welche die Zähne des Zählrades eingreifen. Die Ordinaten der auf dem Papier durch
den Stift J geschriebenen Curve stellen die gesuchten
Tangentialkräfte P dar und es lässt sich mit Hilfe
derselben genau wie vorher die von der einen auf die andere Scheibe übertragene
Arbeit feststellen. Ein kleines Gegengewicht q
widersetzt sich dem Aufwickeln des Papieres auf die Rolle T1 und hält dasselbe in Folge dessen unter
den Schreibstiften stets gespannt. Wie man sieht, ist die Reibung der in zwei
Lagern geführten Welle C ohne Einfluss auf die mittels
der Scheiben A und B
übertragene Kraft; dagegen ist die Reibung, welche durch Drehung der zur losen
Scheibe B gehörigen Nabe auf der Welle hervorgerufen
wird, zu berücksichtigen und als eine Function von P in
Rechnung zu stellen.
Wenn T und t die Spannungen
in den beiden Riemenenden bezeichnen, so ist bekanntlich P =
T – t und setzt man tmin = P, so
ergibt sich T = 2 P und
der Gesammtdruck auf die Nabe würde dann 3 P
betragen.
Ein den Bedürfnissen der Elektrotechnik seine Entstehung verdankendes Dynamometer von
Fischinger veranschaulichen die der Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure
entnommenen Abbildungen Fig.
12 bis 14.
Textabbildung Bd. 281, S. 258Fischinger's Dynamometer. Auf einer durchgehenden, auf den Böcken o und
o1 gelagerten Welle
a sind drei Arme d,
d1 und e fest
gemacht. An den beiden Enden des Armes d befinden sich
zwei Lager l und m, in
welchen eine zu d parallele Welle i gelagert ist, welche an ihrem unteren Ende einen
Hebel g, am oberen Ende einen Doppelhebel k k1 trägt, dessen
beide Arme rechts und links zwischen die im Inneren der Riemenscheiben c und c1 angegossenen Vorsprünge n
n1 und v v1 greifen.
Am äussersten Ende des Armes e sitzt der Zapfen w, um den sich ein Doppelhebel f
f1 dreht. dessen Arm f1 mit einem Zapfen g1 versehen ist, der in
ein Langloch des Hebels g eingreift; das äussere Ende
des letzteren ist mit einer kleinen Spindel mit Gewinde versehen, auf welche rechts
und links kleine Justirmuttern h h1 aufgeschraubt sind.
Um beim plötzlichen Ingangsetzen des Dynamometers einen harten Anschlag des Hebels
g bezieh. der Spindel an die Riemenscheiben zu
verhindern, sind an den betreffenden Stellen der letzteren kleine Gummipuffer
angebracht.
Der Arm d1 dient dazu,
den Schwerpunkt des ganzen Hebelsystemes in die Achsenmitte zu verlegen, und zwar
geschieht dies mit Hilfe eines Längsschlitzes, in dem ein Bolzen m1 verstellbar sitzt,
auf welchem ein ebenfalls verschiebbares Gewicht e1 angebracht ist. Das ganze Hebelwerk ist von den
beiden Riemenscheiben c und c1 umschlossen.
In einer bis zur Mitte reichenden axialen Durchbohrung der Welle a lagert eine Stange b,
welche mit ihrem inneren Ende an dem Hebelarm f, mit
dem äusseren an dem Hebelarm r des um den Zapfen t drehbaren Winkelhebels r
r1 anliegt. Der Arm r läuft nach unten in eine Spitze aus, welche auf einer Gradleiter spielt,
während der Arm r1 ein
verschiebbares Gewicht u trägt. Um den Einfluss des
Eigengewichtes des Winkelhebelarmes r1 auf die Messung zu beseitigen, ist auch der Arm
r mit einem verstellbaren Gewicht versehen.
Die Verdrehung der beiden Riemenscheiben gegen einander wird zunächst durch Hebel k k1, Welle i, Hebel g, Doppelhebel
f f1 und Stange b auf den Winkelhebel r
r1 übertragen, dessen Arm r auf der Gradleiter t die
Verdrehung anzeigt, während die Uebertragung der Umlaufsbewegung von der einen
Scheibe auf die andere unmittelbar durch den Doppelhebel k
k1 erfolgt, wobei dieser also
gewissermassen die Rolle des Mitnehmers übernimmt.
Um zu erfahren, mit welcher Kraft die Verdrehung stattfindet, verschiebt man das
Gewicht u so weit, bis der Zeiger t wieder auf seine Nullstellung zurückkehrt.
Der Hebelarm r1 ist mit
einer Eintheilung versehen, welche anzeigt, wie viel Gewichtseinheiten der
jeweiligen Verdrehungswirkung am Umfang der Riemenscheiben entsprechen. Aus dieser
Gewichtsangabe und der secundlichen Umfangsgeschwindigkeit ergibt sich die
übertragene Kraft.
Der Erfinder nimmt für dieses Dynamometer folgende Vorzüge in Anspruch:
1) Die Messungen lassen sich bei sehr verschiedenen Kraftleistungen mit gleicher
Genauigkeit ausführen, weil alle der Veränderung unterworfenen Zwischenglieder, wie
Federn, auf Torsion beanspruchte Achsen u. dgl. vermieden sind.
2) Bei verschiedenen Geschwindigkeiten wird die immer gleiche Zuverlässigkeit dadurch
erzielt, dass die jedesmalige Einstellung des Zeigers r
auf den Nullpunkt der Grundleiter t eine relativ
gleiche Stellung der bewegten bezieh. umlaufenden Theile (Hebel u.s.w.) ermöglicht,
was die unter anderen Verhältnissen auftretenden störenden Einflüsse der
Centrifugalkraft vermeidet.
3) Durch Verwendung verschieden schwerer Laufgewichte u
auf dem Hebelarm r1
können die Grenzen der Benutzung sehr erweitert werden.
Fr.