Titel: Moseley's Indicator für Dampfmaschinen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1842, Band 86, Nr. XLVI. (S. 241–245)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj086/ar086046

XLVI. Professor Moseley's Indicator für Dampfmaschinen.

Aus dem Civil Engineer and Architects' Journal. Aug. 1842, S. 268.

Mit einer Abbildung auf Tab. VI.

Fig. 19 liefert eine perspectivische Ansicht des Indicators. C und D sind zwei 4 Zoll lange Cylinder, welche durch die Dampfröhren A und B mit dem oberen und unteren Theile des Dampfcylinders in Verbindung stehen und mittelst einer Filzbekleidung gegen die Wärmeausstrahlung wohl gesichert sind. In diesen Cylindern arbeiten zwei solide Kolben, jeder von 4 Quadratzoll Querschnitt, welche an. den Enden einer und derselben Kolbenstange festsizen. Diese Kolbenstange hält, wenn die Dampfwege A und B offen sind und der Indicator in Thätigkeit sich befindet, in der Richtung ihrer Länge einen Druk aus gleich der Differenz zwischen den auf beide Kolben ausgeübten Pressionen oder gleich dem effectiven Dampfdruk auf 4 Quadratzoll Kolbenfläche des Dampfcylinders. Dieser Druk wird vermittelst der Schulter Z auf die Stahlfeder S, T übergetragen. Leztere ist an ihren Enden durch Gelenkstüke mit einer zweiten vollkommen gleichen Feder Q, R verbunden, welche mit ihrer Mitte auf einem von dem gußeisernen Gestell des Instrumentes ausgehenden soliden Vorsprunge P ruht. Der Druk der Kolbenstange auf die untere Feder, welcher auf die Enden der oberen Feder, deren Mittelpunkt befestigt ist, übergetragen wird, entfernt die beiden Federn von einander und diese Entfernung ist einem wohlbekannten Geseze der Biegung zufolge, so lange die Biegungen gering sind, dem Druke direct proportional. Die Gränzen, innerhalb welcher dieses Gesez der Biegung stattfindet, werden durch die den Federn zu gebende eigenthümliche Form bedeutend erweitert. Die eine Fläche der Federn ist eben, die andere parabolisch gekrümmt, wodurch jedem Theile der Feder eine gleiche Stärke ertheilt wird. Die Federn laufen demnach von ihrem Mittelpunkte nach den Endpunkten ohne Nachtheil für ihre Stärke verjüngt zu, ihre Biegung ist gleichförmiger durch ihre ganze Länge vertheilt, und da also diese Biegung für eine gegebene Trennung an jedem Punkte vermindert ist, so werden die Gränzen der Elasticität nie so bald überschritten.

In Folge dieser Verbindung der Kolbenstange mit den Federn ändert sich ihre Stellung im directen Verhältniß, wie der effective |242| Druk auf ihre Enden, oder wie der effektive Druk auf 4 Quadratzoll Kolbenfläche des Dampfcylinders, so daß jedes zu diesem Druk hinzukommende Pfund die Kolbenstange veranlaßt, ihre Lage in entsprechendem Verhältnisse in der Richtung ihrer Länge zu ändern.

Die Rolle oder das Rad J, K, welches wir wegen der eigenthümlichen, ihm zugewiesenen Funktionen das „integrirende Rad“ (integrating wheel) nennen wollen, dreht sich um die Kolbenstange als Achse und nimmt zugleich an ihrer Längenbewegung Theil; zwei mittelst Adjustirschrauben befestigte Schultern hindern die Verschiebung des genannten Rades längs der Kolbenstange.

In die Speichen dieses Rades sind Löcher gebohrt, durch welche drei Stangen gehen, die an ihren Enden dergestalt mit einander verbunden sind, daß sie das feste Gestell G, H bilden. Dieses Gestell dreht sich gleichfalls um die Kolbenstange als Achse, nimmt jedoch an ihrer Längenbewegung nicht Theil. Daher läuft das mit der Kolbenstange sich bewegende Rad längs der Stangen des Gestelles hin, nimmt aber zugleich das Gestell mit herum. Das Rad empfängt die rotirende Bewegung von dem Kegel K, L, welcher so angeordnet ist, daß seine Seite zu der Kolbenstange genau parallel läuft und durch eine in einer Röhre M befindliche Spiralfeder beständig bei K an das Rad angedrükt wird, indem die Feder fortwährend gegen das Ende der Spindel, um die sich der Kegel dreht, wirkt.

Ein System von Winkelrädern U, Y, X theilt dieser Spindel und mit ihr dem Kegel die Rotation der Rolle N mit. Leztere wird durch eine Schnur in Bewegung gesezt, deren eines Ende ein Gewicht trägt und deren anderes Ende über Leitungsrollen nach dem Kolben der Maschine oder irgend einem Punkte geführt ist, der sich genau wie der Kolben aber durch einen kleineren Raum bewegt. Da sich demnach der Umfang der Rolle N genau wie der Kolben der Dampfmaschine bewegt, so ist der während eines außerordentlichen kleinen Zeittheilchens durch den Kegel beschriebene Winkel dem Raume genau proportional, den während dieser Zeit der Kolben der Maschine beschreibt. Nehmen wir nun an, der Umfang des integrirenden Rades J, K nehme an der Bewegung desjenigen Theils der Kegeloberfläche Theil, mit welchem dasselbe in irgend einem Momente in Berührung ist, so hängt die Anzahl der Umdrehungen oder besser der Theile einer Umdrehung, welche das Rad während irgend einer äußerst kleinen Zeitperiode, von jenem Momente an gerechnet, zu machen hat, von zwei Umständen ab: 1) von dem Durchmesser desjenigen Kreises der Kegelflache, welcher das Rad in jenem Augenblike treibt, 2) von dem Winkel, durch welchen es von dem erwähnten |243| Kreise bewegt wird, oder mit anderen Worten, sie hängt erstens ab von dem Abstande des Berührungspunktes K von der Spize des Kegels und zweitens von dem Winkel, welchen der Kegel während dieser kleinen Zeitperiode um seine Achse beschreibt. Würde eines von diesen beiden Elementen der Aenderung sich stets gleich bleiben, so würde die Anzahl der von dem Rade zurükgelegten Umdrehungen oder Theile einer Umdrehung sich direct wie das andere ändern; hieraus ergibt sich einem bekannten Princip der Variation zufolge, daß wenn, wie im vorliegenden Falle, diese beiden Elemente variabel sind, sie wie ihr Product sich ändern, oder daß die von dem integrirenden Rade während eines sehr kleinen Zeittheilchens gemachte Anzahl von Umdrehungen oder Theilen einer Umdrehung sich direct wie das Product zweier Factoren ändern, von denen der eine der während dieser Zeit von dem Kegel beschriebene Winkel ist, der andere die Entfernung des Berührungspunktes K des Kegels mit dem Rade von der Spize des Kegels. Der erste dieser Factoren ändert sich direct mit der während dieser kleinen Zeitperiode von dem Dampfkolben zurükgelegten Streke, der leztere direct wie der effective Druk, den der Dampf in diesem Moment auf den Dampfkolben ausübt.41)

Hieraus folgt offenbar, daß die während irgend eines sehr kleinen Zeittheilchens von dem integrirenden Rade zurükgelegte Anzahl von Umdrehungen oder Umdrehungstheilen sich ändert, wie das Product des von dem Dampfkolben während dieser Zeit zurükgelegten Raumes mit dem gleichzeitigen Effectivdruke des Dampfes auf den Kolben, oder mit anderen Worten, sie ändert sich mit der dynamischen Arbeit des Dampfes auf den Kolben. Gilt dieses nun für jede kleine Zeitperiode, während welcher der Maschinenhub vor sich geht, so gilt es auch für den ganzen Hub. Hieraus folgt, daß die Anzahl der Umdrehungen und der Theile einer Umdrehung durch das integrirende Rad während des Hubes der ganzen Arbeit oder der dynamischen Wirkung des Dampfes auf den Kolben proportional gemacht werden.

Das integrirende Rad nimmt das Gestell G, H mit sich herum. An der hohlen Achse dieses Gestelles sizt ein Getriebe, welches in |244| ein Rad greift, dessen Achse sich in Lagern dreht, die an dem Gestelle des Instrumentes befestigt sind. Die Anzahl der Zähne dieses Rades verhält sich zu derjenigen des Getriebes wie 10 zu 1. Die Achse dieses Rades enthält ferner ein Getriebe, welches in ein zweites Rad greift, dessen Zähnezahl in demselben Verhältnisse steht, und eben so verhält es sich mit einem Systeme von fünf Rädern und Getrieben. Der Umfang jedes der vier lezten Räder ist in 10 und der Umfang des ersteren in 100 gleiche und numerirte Theile getheilt. Die Anzahl der Umdrehungen des integrirenden Rades wird demnach an fünf Stellen nach ganzen und an einer Stelle nach Decimalzahlen registrirt.

Diese Anzahl der Umdrehungen sind nun, wie gezeigt wurde, in Beziehung auf jeden Hub der Wirkung des Dampfes während dieses Hubes auf den Kolben proportional; wenn daher die Thätigkeit des Indicators während der auf einander folgenden Hube dieselbe bleibt, oder wenn sich die Richtung des Dampfdruks auf den Kolben und diejenige der Kolbenbewegung nicht bei jedem Hube umkehren würde, so würde die während irgend einer Anzahl von Huben registrirte Zahl mit der während dieser Periode geleisteten Arbeit des Dampfes gegen den Kolben im directen Verhältnisse stehen. Allein leim rükgängigen Hube des Kolbens dreht sich die Rolle N und somit auch der Kegel rükwärts, so daß, wenn das integrirende Rad mit dem Kegel an irgend einem anderen Punkte als an seiner Spize in Berührung bleibt, auch dieses sich rükwärts drehen wird. Demnach wird die beim vorhergehenden Hube registrirte Zahl um die durch das integrirende Rad während dieses Hubes gemachte Anzahl Umdrehungen vermindert. Es ist indessen zu bemerken, daß, ehe die Umkehrung der Kolbenbewegung eintritt, die Richtung des Dampfdruks auf den Kolben und somit auch die Richtung des Druks auf die Kolbenstange des Indicators umgekehrt wird. Diese veränderte Richtung des Druks sowohl als auch die Elasticität der Federn veranlaßt das integrirende Rad nach der Spize des Kegels zu steigen und daselbst während des rükgängigen Hubes zu bleiben, so daß während dieses Hubes keine Registrirung einer Zahl stattfindet. Die übrige Zahl, welche während irgend einer Zeit durch das an der doppeltwirkenden. Maschine angebrachte Instrument registrirt wird, ist demnach der Wirkung des Dampfes auf den Kolben während dieser Zeit proportional.

Um einem etwaigen aus der Umkehrung der Kolbenbewegung zufällig hervorgehenden Fehler auf eine wirksame Weise zu begegnen, ist bei dem Rädersystem Y, X, U eine Vorrichtung eingeführt worden, wodurch die Umdrehung des Kegels während dieses Wechsels der |245| Bewegung eingestellt werden kann. Um das Instrument zur Registrirung der während jedes Kolbenhubes geleisteten Arbeit geeignet zu machen, kann man durch das Spiel der Maschine selbst einen Vierwegehahn die Richtung der Dampfwege des Indicators in der Art controliren lassen, daß der obere Cylinder C immer mit dem Dampfraume, der untere Cylinder D immer mit dem Vacuum des Dampfmaschinencylinders in Communication steht. Beim Gebrauche des Indicators läßt man durch eine einfache Adjustirung der mechanischen Combination U, X, Y den Kegel beständig nach einer Richtung rotiren, während die Bewegung des Maschinenkolbens und der Rolle N alternirend ist. Es ist nun nur noch übrig, der Anwendung des Indicators auf die einfach wirkende Maschine oder die Cornwallis-Maschine zu erwähnen.

Die Registrirung während des abwärtsgehenden Hubes dieser Maschine ist bereits erläutert. Während des ersten Theiles des aufwärtsgehenden Hubes öffnet sich das Gleichgewichtsventil, worauf beide Kolben des Indicators einen gleichen Druk erleiden, und das integrirende Rad durch die Elasticität der Federn in seine ursprüngliche Lage an der Kegelspize gebracht wird; demnach bleibt das Rad, obgleich sich der Kegel rükwärts dreht, in Ruhe, und es findet keine Registrirung statt. Wenn sich das Gleichgewichtsventil schließt, so erhält der Dampfdruk in dem oberen Theile des Maschinencylinders und mithin auch in dem oberen Cylinder C des Indicators das Uebergewicht; das integrirende Rad steigt von der Spize des Kegels herab und das Register dreht sich rükwärts, indem es die Zahl vermindert, welche vorher durch die Zahl der von dem Dampfe gegen den rükkehrenden Kolben gelieferten Arbeitseinheiten genau registrirt wurde.

|243|

Die Stellung des integrirenden Rades auf der Kolbenstange ist so adjustirt, daß dasselbe, ehe der Dampf zugelassen wird, durch die Elasticität der Federn genau auf die Spize des Kegels gebracht wird. Um zu verhüten, daß das Rad durch die leztere zurükgehalten werde, wenn es zufällig über dieselbe hinausgegangen seyn sollte, ragt von dem Gestelle des Instrumentes ein solides Stük hervor, dessen Oberflächen so adjustirt sind, daß sie für diesen Fall den Rand des Rades aufnehmen, und der Bewegung des Kegels in der Richtung seiner Spindel als Aufhälter dienen, wenn der Widerstand des Rades von demselben entfernt wird.

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