Titel: Combes, über einen von Garnier construirten verbesserten Watt'schen Dynamometer für Dampfmaschinen.
Autor: Combes,
Fundstelle: 1847, Band 103, Nr. I. (S. 1–9)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj103/ar103001

I. Bericht des Hrn. Combes über einen von Hrn. Paul Garnier construirten verbesserten Watt'schen Dynamometer für Dampfmaschinen.

Aus dem Bulletin de la Société d'Encouragement, Sept. 1846, S. 477.

Mit Abbildungen auf Tab. I.

Es ist bekannt, daß der anzeigende Dynamometer den Zweck hat, den verschiedenen Druck des Dampfes in einem Dampfmaschinen-Cylinder anzugeben; er besteht im wesentlichen aus einem Kolben, welcher sich in einem kleinen, genau ausgebohrten Cylinder bewegen kann, der auf den Boden oder Deckel eines Dampfmaschinencylinders aufgeschraubt ist. Auf eine Fläche des Kolbens wirkt demnach der Dampf, welcher sich in dem Dampfmaschinen-Cylinder befindet. Eine spiralförmige Feder ist mit dem Dynamometerkolben verbunden, und diese erfährt also eine Zusammendrückung oder Ausdehnung in dem Maaße als die Dampfspannung über einen Atmosphärendruck oder weniger beträgt. Ein Bleistift, welcher an der kleinen Kolbenstange befestigt ist, hinterläßt die Spur des über oder unter einer Atmosphäre betragenden Dampfdrucks auf einem Blatte Papier, welches um einen zur Seite stehenden Cylinder gewickelt ist, welcher sich einmal um seine Achse dreht, während der Kolben der Maschine einen Hub macht.

Die Anwendung dieses Dampfdruck-Anzeigers ist in England bei den Dampfmaschinen ziemlich allgemein gebräuchlich, und auch in Frankreich fängt dieses Instrument an sich Eingang zu verschaffen; so wurden schon im Jahre 1843 ähnliche von HHrn. Martin und Reymondon ausgeführt.1)

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Hr. Paul Garnier, k. Hofuhrmacher in Paris (rue Taitbout No. 6), hat in dem Principe und im wesentlichen in der Construction von Watt's Instrument nichts geändert; aber er modificirte einzelne Theile, von welchen Abänderungen eine besonders hervorgehoben zu werden verdient. Sie besteht darin, daß sich in dem Apparate des Hrn. Garnier zwei Spiralfedern befinden, welche in entgegengesetzter Richtung auf die Kolbenstange wirken, ohne mit dieser verbunden zu seyn. Die eine dieser Federn wird zusammengedrückt, wenn die Dampfspannung einen Atmosphären-Druck übersteigt; sie gibt also an, um wie viel der Dampfdruck größer ist als ein Atmosphären-Druck; die andere dagegen wird durch den Ueberdruck der Atmosphäre über den Dampfdruck zusammengedrückt, so daß sie anzeigt, um wie viel der Atmosphären-Druck größer ist als der Dampfdruck. Beide Federn geben also durch die Größe ihrer Zusammendrückung Anzeigen, und keine derselben durch ihre Ausdehnung, was für die Ausdauer der Federn vortheilhaft zu seyn scheint.

Hr. Garnier brachte in seinem Instrument zwei verschiedene Federn an, je nachdem er dasselbe für Niederdruck- oder Hochdruckmaschinen anwenden will.

Die andern Modificationen bestehen in einer Vergrößerung des Cylinderdurchmessers und aller übrigen Theile des Instruments, so wie im Hinzufügen eines zweiten Cylinders, auf welchem sich ein Vorrath von Papier befindet, und in einer besondern Vorrichtung, durch welche das Papier auf dem beweglichen Cylinder befestigt wird. Letzterer kann auch willkürlich von der untern Scheibe, die direct durch die Kolbenstange der Maschine in Bewegung gesetzt wird, getrennt werden. Diese Modificationen gewähren den Vortheil, daß die Anzeigen des Instruments in größerer Ausdehnung stattfinden und dadurch der Einfluß der Reibungen im Instrumente verkleinert wird. Andererseits wird jedoch dasselbe dadurch weniger bequem und transportabel, an kleinen Dampfmaschinen weniger leicht anzubringen, und sein Preis beträchtlich erhöht.

Der dynamometrische Anzeiger von Garnier scheint vorzüglich für Niederdruck-Dampfmaschinen anwendbar zu seyn, wie solche für Kriegsund Handelsschiffe gebraucht werden, und für diese besondere Art von Maschinen wurde derselbe auch construirt. Hr. Garnier lieferte dem Marineministerium bereits 36 solche Instrumente, jedes zu 370 Fr., für die königlichen Dampfboote.

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Beschreibung des anzeigenden Dynamometers (indicateur dynamomètre) von P. Garnier.

Fig. 1 ist der Aufriß des vollständig zusammengestellten Instruments;

Fig. 2 der verticale Durchschnitt desselben, und zwar für den Fall, daß es mit den Federn für Niederdruckmaschinen versehen ist;

Fig. 3 der horizontale Durchschnitt nach der Linie AB, Fig. 1;

Fig. 4 die untere Ansicht von Fig. 3;

Fig. 5 der verticale Durchschnitt der Schnurrolle mit ihrer Achse, der Schnurleitung und des Rades, welches den Zeiger für die Kolbenbewegung trägt.

Fig. 6 stellt die Schnurleitung von vorne gesehen dar.

Fig. 7 Federn für Hochdruckmaschinen; sie können bis zu sechs Atmosphären anzeigen.

Fig. 8 zeigt den graduirten Maaßstab für Hochdruckmaschinen. Auf der rechten Seite sind die Atmosphären noch in Zehntel getheilt; auf der linken dagegen ist die Elasticität der Federn in Kilogrammen angegeben.

Fig. 9 liefert zwei Ansichten des Maaßstabes für Niederdruckmaschinen. Derselbe ist eben so in 1/10 Atmosphären getheilt, auch sind aus dieser Figur die Zapfen zu ersehen, mittelst welcher derselbe an das Instrument befestigt wird. Fig. 10 zeigt die Einschnitte oder Schlitze in dem Cylinder, um die Zapfen an den Maaßstäben aufzunehmen; Fig. 11 die Kolbenstange des Instruments. Fig. 12 Halsring, welcher auf der Kolbenstange befestigt wird und die Bleistifthülse und den Index für die getheilten Maaßstäbe trägt.

Dieselben Buchstaben bezeichnen in allen Ansichten denselben Gegenstand.

A Hahn mit einem Zapfen, an welchen ein Gewinde geschnitten ist, damit er in den Cylinderdeckel eingeschraubt werden kann, wo man ihn lassen kann, damit das Instrument leicht zu befestigen ist, wenn man es anwenden will. B Hahn des Instruments; seine Hülse ist ebenfalls mit einem Gewinde versehen, welches in das Stück A paßt. C Cylinder, worin der Kolben D genau eingepaßt ist; der Dampf, welcher durch die Röhre F einströmt, wirkt auf denselben. Der Kolben ist am untern Ende der Kolbenstange E, Fig. 11, befestigt und mit dieser ist bei f der Halsring d, Fig. 12, verbunden, welcher abwechslungsweise auf die Spiralfedern G und G' wirkt, die sich in der cylindrischen Röhre H befinden. Jede dieser Federn ist an einem Ende durch zwei Schrauben |4| befestigt, und zwar die eine G' an den Deckel I', die andere G an den Boden I der cylindrischen Röhre H; das andere Ende der Federn ist frei, so daß jede in ihrer Richtung wirken kann.

Der Halsring d ist mit der Kolbenstange durch eine Schraube verbunden, welche sowohl durch den Halsring als auch durch die Kolbenstange geht, wie dieß aus Fig. 12 bei 5 und aus Fig. 11 bei 5' und 5'' zu ersehen ist, je nachdem das Instrument für eine Hoch- oder Niederdruckmaschine bestimmt ist. Der Buchstabe H, welcher auf die Kolbenstange gravirt ist, bezeichnet die Stelle des Halsringes für Hochdruck, und 5'' die Oeffnung, durch welche die Schraube in diesem Falle gehen muß. Der Buchstabe B, welcher ebenfalls in die Kolbenstange gravirt ist, gibt die Stelle des Halsringes für Niederdruck an, und 5' ist das Loch für die Schraube.

Fig. 7 stellt die Anordnung der Federn für Hochdruck und Fig. 2 diejenige für Niederdruck in Beziehung auf die Stellung des Halsringes dar. Zwischen die beiden Scheiben 1 und 2 des Halsringes d ist der Arm a, Fig. 12, leicht eingepaßt, an welchem sich die Hülse b befindet, in die der Zeichnenstift b' eingesteckt wird. Der Arm a ist bei a' abgegliedert, was aus Fig. 3 und 4 deutlicher zu ersehen ist, damit man den Stift von dem Papierstreifen entfernen kann, wenn er nicht zeichnen soll. Mit dem Arme a ist auch der Index c vereinigt, welcher auf der Scale den Grad der Dampfspannung oder des Vacuums angibt. Der verticale Schlitz H', welcher sich (Fig. 1 und 10) in der cylindrischen Röhre H befindet, dient dem Arme a als Führung für seine geradlinige Bewegung. Der Arm a besteht aus zwei Theilen, welche durch die Schraube 6, Fig. 12, mit einander verbunden sind. Diese Einrichtung gestattet, daß der vordere Theil des Armes, welcher den Bleistift trägt, nach Bedürfniß abgenommen werden kann, sey es nun, daß dieß beim Aufstellen des Instruments an der Maschine nothwendig wird, oder daß man die Federn wechseln oder sie reinigen will.

In der cylindrischen Röhre H, Fig. 10, befinden sich Oeffnungen mit Schlitzen, um die Köpfe und Stifte 7 und 8, welche an der Scale Fig. 9 angebracht sind, aufzunehmen. Die Oeffnungen, über welche der Buchstabe H eingravirt ist, sind für die Hochdruck-Scale, und diejenigen, über welchen der Buchstabe B steht, für die Niederdruck-Scale. J Klemme, wodurch der Träger K, worauf sich die Vorrichtung zum Bewegen des Papiers befindet, auf die cylindrische Röhre H befestigt wird. Die Schraube j dient dazu, dieselbe in ihrer gehörigen Lage zu erhalten. P, P' sind die Cylinder, auf welche der Papierstreisen P'' , Fig. 1, aufgerollt wird. Die Enden desselben werden vorläufig umgebogen, in |5| die verticalen Schlitze der Cylinder P, P' eingesenkt und dann durch die Schieber p, welche in den Bügeln p' sich verschieben lassen, fest angedrückt. Der Cylinder P dreht sich frei auf der langen Nabe der Scheibe N, und diese wieder auf der stählernen Achse M, welche durch die Mutter m auf dem Träger K befestigt ist. In diesem Zustande können sich beide Theile unabhängig von einander drehen; sobald aber die Sperrklinke O, Fig. 3, welche auf der Scheibe N liegt und durch eine Feder n getrieben wird, in einen der Einschnitte o, die am Boden des Cylinders P angebracht sind, eintritt, muß derselbe die drehende Bewegung, welche von der Kolbenstange der Maschine der Scheibe N mitgetheilt wird, mitmachen. Der zweite Cylinder P' dreht sich ebenfalls frei um seine stählerne Achse M'; der obere Theil der Cylindernabe ist mit einem Federhause Q versehen, worin eine Uhrfeder q liegt, deren eines Ende in dem Federhause, und deren anderes Ende an der Achse M' eingehängt ist. Der Zweck dieser Feder ist, den Papierstreifen P'' , Fig. 1, gespannt zu erhalten, deßgleichen die Schnur V, deren eines Ende an der Kolbenstange der Maschine befestigt ist. Ferner wird durch diese Feder der Mechanismus zum Aufrollen des Papiers rückwärts bewegt, wenn die Kolbenstange der Maschine abwärts geht. Das andere Ende der Schnur V ist an der hölzernen Rolle U befestigt, die mit einem viereckigen Loche auf die stählerne Achse L, Fig. 3, aufgesteckt ist, über welche sich eine kleine Darmsaite u wickelt, welche die Rolle N in Bewegung setzt. Der Papierstreifen P'' , dessen eines Ende an dem Cylinder P, und dessen anderes Ende an dem Cylinder P' befestigt ist, stellt auf diese Weise die Verbindung zwischen der Feder in dem Federhause Q und der Kolbenstange der Maschine her.

Auf das untere Ende der Achse M', welches viereckig ist, ist ein Sperrrad x und der Schlüssel x' mit Flügeln Fig. 1 und 4 aufgesteckt. Beide werden durch eine kleine Mutter h gehalten, welche noch den Zweck hat, die Achse M' auf dem Träger K ziemlich fest anzuziehen. Dreht man nun den Schlüssel x' von Links nach Rechts, so spannt man dadurch die Feder q, so daß das Papier P'' und die Schnur V genau die Bewegungen der Kolbenstange der Maschine mitmachen müssen. Die Achse L und die hölzerne Schnurscheibe U machen 10 Umdrehungen, bis die Scheibe N eine macht und während der Kolben der Maschine, für welche das Instrument bestimmt ist, die Cylinderlänge durchläuft. Mehrere Scheiben von verschiedenem Durchmesser zum Wechseln gehören zu dem Instrument und können mittelst der Schrauben 3 und 4, Fig. 5, auf die Achse L befestigt werden, je nachdem durch die Größe des Kolbenhubes eine oder die andere nothwendig wird.

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Die Achse L, auf welcher sich die Schnurrolle U befindet, ist an ihrem anderen Ende mit Zähnen versehen, die in das Rad T eingreifen dessen Achse an einem Ende mit einem Zeiger t versehen ist, der den Zweck hat, auf dem Zifferblatt Y anzuzeigen, ob das Verhältniß der Anzahl Umdrehungen der hölzernen Rolle U zur Bewegung der Kolbenstange richtig ist. Das Verhältniß ist richtig, wenn der Zeiger t, der von dem Punkte e, Fig. 1 ausgeht, nach beinahe einer ganzen Umdrehung zum Punkte g gelangt. Zwischen beiden Punkten muß jedoch noch ein kleiner Zwischenraum bleiben; denn wenn der Zeiger einen Augenblick auf einer der auf dem Zifferblatte angegebenen Linien stehen bliebe, so würde dieß auch mit dem Papierstreifen der Fall seyn und derselbe also keine Bewegung machen, was eine Unrichtigkeit in der von dem Bleistifte gezogenen Linie zur Folge hätte. Dieß ist ein wesentlicher Punkt, auf welchen der Beobachter sein Augenmerk wohl zu richten hat.

Die Größe der Bewegung für den Zeiger t ist bei den Punkten e und g durch einen nicht eingeschnittenen Zahn auf dem Rade T begränzt, auf welchen ein Zahn des Getriebes L aufstößt, welcher zugleich die Größe der Bewegung für die Rolle N bestimmt.

X, Fig. 5 und 6, Winkel, in welchem sich die Achse L dreht; er ist auf dem Träger R durch eine geränderte Schraube Z befestigt, so daß man durch das Abschrauben derselben ihn von R trennen kann, um die Darmsaite u durch eine neue zu ersetzen, wenn sie abgerissen seyn sollte. Mit dem Winkel X ist durch eine kleine Schraube der kleine Träger X' vereinigt, der die Schnurleitung Z trägt, welche mit einem länglichen Schlitze versehen ist, damit sie so gestellt werden kann, daß sie die Schnur V von der Kolbenstange weg auf die Spur der Rolle U leitet, wenn letztere auch durch eine andere von anderem Durchmesser ersetzt worden seyn sollte. Durch die Schraube Z' ist die Schnurleitung auf den kleinen Träger X' befestigt. Fig. 13, 14, 15 und 16 sind Zeichnungen von Curven, welche von verschiedenen Maschinen abgenommen wurden. Die Curve Fig. 13 stellt den Dampfdruck im Cylinder der Fregatte Caraïbe dar, deren Niederdruckmaschinen 450 Pferdekräfte haben; die Größe der Kolbenbewegung beträgt bei denselben 2,40 Meter und die Maschinen machen in der Minute 14 Kolbenhube. Die Scale des Anzeigers ist für eine Atmosphäre 0,07 Meter lang.

Die Curve Fig. 14 ist von der oscillirenden Hochdruckmaschine in der Maschinenfabrik des Hrn. Cavé zu Paris genommen.

Die Curven Fig. 15 und 16 wurden gleichzeitig von den beiden Cylindern einer Woolf'schen Hochdruckmaschine mit Condensation abgenommen, |7| welche in den Werkstätten der Eisenbahn von Saint-Germain im Gange ist. Fig. 15 ist die des kleinen Cylinders, welcher den Dampf unmittelbar aus dem Kessel aufnimmt. 1 ist die Linie 0, welche Gleichgewicht des Dampfes mit der Atmosphäre bedeutet; 2 ist die Curve, welche die wirklichen Zustände des Dampfes und der Maschinenorgane angibt. Fig. 16 ist die Curve des großen Cylinders, in welchen der Dampf eintritt, nachdem er im Kleinen schon gearbeitet hat; man sieht aus dem Verhältnisse der atmosphärischen Linie 3 zur Curve 4, daß der Kolben dieses Cylinders immer im Vacuum arbeitet.

Bemerkungen über die Aufstellung und Instanderhaltung des Instruments.

Das Instrument kann nach Gutdünken mit dem obern oder untern Cylinderraum der Maschine in Verbindung gebracht werden. Im ersten Falle kann man dasselbe an der Stelle der Schmierhähne einschrauben, und man braucht nur das Verbindungsstück A, Fig. 1, welches den Absperrhahn trägt, mit dem nämlichen Gewinde zu versehen, welches für den Schmierhahn in den Cylinderdeckel eingeschnitten ist, wenn nicht schon ursprünglich bei der Construction der Maschine für ein Ansatzstück zum Aufnehmen des Instruments gesorgt wurde. Im zweiten Falle setzt man eine kleine Röhre mit dem untern Cylinderraume in Verbindung, in deren Ende ein Gewinde eingeschnitten ist, in welches das Hahnstück H, Fig. 1, paßt. In beiden Fällen schraubt man das Instrument so auf, daß die Schnur V, Fig. 1, unschwer mit der Kolbenstange der Maschine verbunden werden und man leicht die Bewegung des Papierstreifens und des zeichnenden Bleistiftes beobachten kann. Es könnten jedoch Fälle eintreten, wo die vorstehenden Cylinder zum Aufrollen des Papiers beim Einschrauben des Instruments hinderlich sind; man schraubt dann den Arm a des Bleistifthälters, welcher durch die Schraube 6, Fig. 3, gehalten wird, ab, läßt die Schraube des Halsringes J nach, hält mit einer Hand den Träger R fest und dreht mit der andern den cylindrischen Körper des Instruments, so daß es sich in das Hahnstück H einschraubt. Ist dieß geschehen, so zieht man die Schraube j wieder an und bringt den Bleistifthälter an seinen Platz. Bei oscillirenden Maschinen mit sehr rascher Bewegung ist es nothwendig, daß der obere Theil des Instruments noch durch eine Stütze mit einem Halsringe gehalten wird, wobei jedoch Sorge getragen werden muß, daß kein Theil desselben in seinen Verrichtungen gehindert wird. Der Papierstreifen kann auf die Cylinder befestigt werden, ehe das Instrument aufgestellt wird. Das Papier muß glatt und dünn |8| seyn, damit es den Bleistift leicht annimmt und sich durch die Feder q, Fig. 2, leichter spannen läßt.

Es ist auch gut, wenn man schon vorher diejenige hölzerne Schnurscheibe, deren Durchmesser am besten zur Kolbenbewegung der zu untersuchenden Maschine paßt, aufgesteckt hat; ihr Durchmesser muß so groß seyn, daß sie ungefähr 9 1/2 Umdrehungen während eines Kolbenhubes macht, damit ein Stillstand des Zeigers, da wo derselbe umwenden soll, nicht stattfinden, oder die Schnur, welche die Scheibe in Bewegung setzt, nicht abgerissen werden kann. Der Zeiger t, Fig. 1, gibt, wie schon früher bemerkt wurde, die Anzahl Rollenumdrehungen für einen Kolbenhub an.

Sollte zufällig die Darmsaite u abgerissen seyn, so ersetzt man sie durch eine neue, welche zuerst durch ein Loch in der Achse L, Fig. 3, gesteckt wird; dann dreht man den Cylinder P, bis ein Loch in der metallenen Schnurrolle N gegen dasjenige in der Achse L zu liegen kommt, worauf die Saite auch durch dieses gesteckt wird. Dann macht man einen Knoten an das Ende der Saite und wickelt sie einmal um die Rolle; ist dieß geschehen, so schneidet man die Saite hinter der Achse L ab, gibt jedoch so viel zu, daß auch hier noch ein Knoten gemacht werden kann. Hierauf hat auch die Saite die gehörige Länge. Das Loch, welches durch die Achse L geht, ist auf einer Saite versenkt, damit sich der Knoten in diese Versenkung legen kann und nicht auf dem Träger R streift. In diesem Zustande ist das Instrument zu einer Untersuchung vorbereitet. Ehe man jedoch die Curve verzeichnen läßt, muß man einige Zeit Dampf in den kleinen Cylinder strömen lassen, damit er dieselbe Temperatur annimmt, welche der arbeitende Dampf hat. Man reinigt zugleich das Instrument, indem man die zwei kleinen Oeffnungen im Hahn und Hahnsitze B, Fig. 1 und 2, über einander stellt; das Wasser, welches sich allenfalls durch die Condensation des Dampfes gebildet hat, kann dann entweichen. Man sperrt hierauf den Dampfzulaßhahn ab und läßt durch die kleine Oeffnung, wovon soeben die Rede war, atmosphärische Luft ein, so daß sich der Index auf den Nullpunkt der Scale stellen kann. Drückt man hierauf den Bleistift an, so zeichnet sich die atmosphärische oder Gleichgewichtslinie auf. Man entfernt hierauf den Bleistift wieder von dem Papier, und dreht, um die Verbindung mit der äußeren Luft zu unterbrechen, den Hahn um eine Viertelsumdrehung, so daß die Oeffnung im Hahnsitze verschlossen wird. Der Dampf wird nun von Neuem eingelassen, um auf den Kolben des Instruments zu wirken, und wenn nun der Bleistift auf den Papierstreifen |9| angedrückt wird, so zeichnet er die Curve, welche den wirkenden Druck im Dampfmaschinencylinder darstellt.

Die Genauigkeit des Instruments hängt wesentlich davon ab, daß es in gutem Zustande erhalten wird. Der Kolben ist so genau und ohne Spielraum zu haben, eingepaßt, daß jeder, auch der kleinste fremde Körper, diese Genauigkeit stören würde; sogar Oel, welches auf den Kolben gebracht würde, müßte seine freie Bewegung hindern. Deßhalb ist es unumgänglich nothwendig, denselben vollkommen rein zu erhalten, indem man häufig das, was der Dampf absetzt, von demselben entfernt. Die Federn erfordern ebenfalls eine specielle Aufmerksamkeit, um sie vor Rost zu schützen, besonders wenn der Apparat für Maschinen bestimmt ist, wofür der Dampf aus Meerwasser erzeugt wird. Die Zapfen der Achse L, die stählernen Achsen M und M' der Papiercylinder und die Reibungsstelle der Kolbenstange in dem Deckel I' müssen häufig geschmiert werden.

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