Titel: Schöpfleuthner's Indicator ohne Feder.
Autor: Schöpfleuthner, F. A.
Fundstelle: 1880, Band 236 (S. 6–11)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj236/ar236002

Indicator ohne Feder mit continuirlich ablaufendem Papierstreifen; von F. A. Schöpfleuthner, Maschinen-Ingenieur.

Mit Abbildungen auf Tafel 2.

Die zur Untersuchung von Dampfmaschinen auf Schieberstellung bezieh. Dampfvertheilung in Verwendung stehenden Indicatoren lassen kaum zu wünschen übrig und die Genauigkeit einer Feder, wie sie bei denselben als Hauptbestandtheil vorausgesetzt wird, dürfte im Allgemeinen befriedigen. Was nun die mit solchen Instrumenten erzielten Diagramme betrifft, dürften dieselben in so fern als Präcisionsbild der vom Dampf verrichteten mechanischen Arbeit gelten, als eben der Hub der untersuchten Maschine, auf die Länge des Papierstreifens reducirt, ein noch annehmbares Verhältniſs zeigt und die Gangweise eine solche ist, wie sie bei allen mit Schwungrad versehenen, also mit gleichförmiger Geschwindigkeit arbeitenden Dampfmaschinen vorausgesetzt werden kann. Lenken wir jedoch unsere Aufmerksamkeit auf andere Motoren, deren Hauptbetriebsmittel ebenfalls Wasserdampf, deren Einrichtung aber eine von der üblichen Dampfmaschine abweichende ist, indem die Nutzbarmachung der mit solchen Maschinen erzielten Arbeit auf ganz andere Weise stattfindet, so zeigt sich der Indicator in seiner gegenwärtigen Ausrüstung als unzureichend. Es dürfte daher von nicht |7| geringem Interesse sein zu untersuchen, in wie weit diesem Mangel zu begegnen wäre für den beispielsweisen Fall, es erstrecke sich die Anwendung des Indicators auf eine mit Kateraktsteuerung arbeitende Wasserhaltungsmaschine. Hier besteht nämlich kein gleichförmiger Gang; vielmehr verursacht die Reibung des durch Rohrleitungen zu Tage gepreſsten Wassers, dann die auf so groſse Strecken wirkenden Uebertragungsglieder zwischen Dampf- und Wassercylinder sowie die Massenhaftigkeit der beweglichen Theile überhaupt solche zitternde Bewegungen, daſs das abgenommene Dampfdiagramm von einer unendlich zackigen Linie gebildet erscheint, welche beim gewöhnlichen Indicator sich als schwarze Fläche darstellt.

Die in Fig. 1 bis 3 Taf. 2 angegebene Construction zeigt ein für diesen Fall bestimmtes Instrument, dessen Einrichtung sich unter Berücksichtigung aller mir bekannten, für die praktische Verwendbarkeit sowie bequeme Handhabung desselben nothwendigen Rücksichten als die vorläufig günstigste erwiesen hat. Das wichtigste Glied hieran ist offenbar der Schreibapparat, da die hierauf bezogenen Bedingungen es allein sind, welche die Zweckmäſsigkeit des Ganzen für den gedachten Fall begreifen. Um nun einen längeren Papierstreifen, dessen Breite ebenfalls eine beträchtliche wird, so abzuwickeln, daſs weder eine Faltung an einzelnen Stellen eintritt, noch leichte Handhabung, sicherer Gang u. dgl. zu wünschen übrig lassen, daſs die Länge des bereits abgelaufenen Bandes zur zurückgelegten Wegstrecke des Dampfkolbens in jedem Augenblick das erforderliche Verhältniſs aufweist, sowie auch beständige Berührung mit dem Schreibstift und damit verbundenen Einfachheit des Mechanismus erzielt ist, habe ich die bereits bei der dynamographischen Kurbel (* 1880 235 16) beschriebene Einrichtung mit einiger Abänderung auch hier beibehalten.

Soll zwischen Kolbenhub und der Abscisse des Diagrammes jederzeit gleiches Verhältniſs bestehen und der Antrieb des Schreibcylinders die hierfür günstigste Form erhalten, so muſs der Durchmesser desselben eine unveränderliche Gröſse haben. Dies bedingt aber für den Papiercylinder eine mit dem Abrollen des Papieres, bezieh. mit der Abnahme seines Durchmessers zunehmende Umdrehungsgeschwindigkeit. Eine derartig genaue, von der Gleichmäſsigkeit der Papierdicke abhängige Bewegung ist nur durch Einklemmen des Streifens zwischen drei Cylinder gut möglich; der mittlere oder eingeklemmte dient dann als Schreibcylinder, d.h. er ist als bewegendes Glied für die beiden anliegenden aufzufassen. Fig. 2 zeigt diese Zusammenstellung von oben gesehen; der Schreibcylinder c dreht sich um eine zu beiden Seiten desselben gelagerte Achse, deren unterhalb der Grundplatte A hervorragendes Ende ein Kegelrad d trägt, während die Papiercylinder R und r in zwei Lagerpaaren (Scheren) L und l so untergebracht sind, daſs sie sowohl um die gemeinschaftliche Achse D, als auch um ihre eigene |8| Achse unabhängig bewegt werden können. R ist mit Papier bewickelt, berührt daher c mit dessen äuſsersten Schicht; r hingegen ist leer und greift daher an c direct an. Damit nun die Berührung dieser drei Elemente eine recht innige werde, schlieſsen die Lagerplatten L und l unter Einwirkung zu beiden Seiten angebrachter Federn f derartig, daſs die gemeinschaftliche Achse D und jene von c das Bestreben zeigen, sich von einander zu entfernen. Dreht sich jetzt c im Sinne des in Fig. 2 gezeichneten Pfeiles, so nehmen R und r ebenfalls die durch Pfeile angedeutete Drehungsrichtung an. Windet R bei dieser Bewegung Papier ab und schlägt man das freie Ende des Bandes um c zurück, d. i. zwischen r und c hindurch, unter der Annahme, es hafte dasselbe an der Mantelfläche von r fest an, so ist zu erkennen, daſs das Abwinden bezieh. Aufwinden des Papierbandes ohne Störung bei von dem Cylinder c abhängiger Geschwindigkeit vor sich geht, weil jedwedes Zerren oder Dehnen bei dieser Einrichtung gänzlich vermieden ist.

Daraus ist zu ersehen, wie wenig Gefahr es mit der Benutzung breiter und langer Papierstreifen für solche Zwecke hat, und wie wenig genau die so sehr gefürchtete Parallellagerung derartiger Papiercylinder unbeschadet des sicheren Verlaufes der Operation sein muſs, trotz ungleicher Papierdicke, wenn nur c in so fern cylindrisch ist, als dies das äuſsere Ansehen sowie reine Arbeit bedingen. Die Verbindung beider Lagerflügel L und l gestattet deren freies Herabnehmen von D, sobald durch Anziehen der Flügelschraube S der von der Feder f verursachte Druck aufgehoben ist, d.h. wenn die Schere offen gehalten wird. Diese Einrichtung bezweckt lediglich das bequeme Entfernen der Papierrolle nach Beendigung des Versuches sowie das Aufschieben derselben auf R vor Beginn. Hierzu sind die Cylinder R und r aus je zwei in einander geschobenen Messingrohren hergestellt, deren vorstehende Enden mit Flanschen und deren Mantelflächen mit Schlitzen derart versehen sind (vgl. Fig. 3), daſs das innere Ende der auf das gröſsere Rohr e aufgeschobenen Papierrolle durch dessen Schlitz in das Innere ragt, um nach Aufschieben des kleinen Rohres g und nachheriges Drehen nach links auf die in Fig. 3 angegebene Weise festgehalten wird. Das freie Ende des Bandes schlingt man um e herum nach r, um es hier in gleicher Weise festzuhalten; schlieſslich kommt die Schere Ll wieder an ihren Ort, worauf durch Lüften der Schraube S die Feder f zur Wirkung gelangt.

Die Bewegung des Maschinenkolbens überträgt das unterhalb A an der Achse c befindliche Kegelrad d in Verbindung mit dem an dieser Stelle als drittes Glied des Instrumentes eingeschalteten, in Fig. 1 im Schnitt dargestellten Uebertrager, dessen Grundplatte B zur Beherrschung des Raumes um l beliebig gedreht und mittels der Schraube s (Fig. 2) an A fest gehalten werden kann. Weil jedoch die Länge der Abscisse |9| des Diagrammes lediglich vom Uebersetzungsverhältniſs der beiden Kegelräder d und b abhängt, ist der Uebertrager auf B so zu verschieben, daſs d verschiedene Durchmesser annehmen kann, sohin die entsprechende Gröſse der dem Instrumente beigegebenen 4 Rädchen für die Operation jeweilig zu wählen ist. Die Länge der zwischen Indicator und Kreuzkopf o. dgl. zur Bewegungsübertragung in Verwendung stehenden Schnur beträgt um die Trommel T geschlungen genau 5m und wird durch ein Röllchen ρ in gewindeartigen Nuthen so geführt, daſs sie jederzeit straff auf T gewunden wird. Diese Ausrüstung ist um so nothwendiger, als der Trommeldurchmesser zur Hubhöhe solcher Maschinen ungemein klein erscheint, so daſs die nöthige Anzahl Windungen bei allfälligem Ausreiſsen der Schnur Zeitverlust und Schwierigkeiten im Aufwinden von Hand verursacht. Hierbei wirkt die Trommel T auf den Schreibapparat sowohl, als auch auf die Feder F mittels der Welle w bezieh. der Räder b und d, und es ist aus Fig. 1 zu entnehmen, daſs hierbei in Folge der von letzterem durch Einschaltung des todten Gliedes o der Trommel u eine Bewegung ertheilt wird, welche die daran befestigte Feder F bei vollkommener Unbeweglichkeit von m anzieht, sobald die Schnur von T abläuft. Der Bügel K schwingt gleichfalls um w und wird durch zweimaliges Umschlagen der Schnur um u in die entsprechende Lage gebracht, um vermöge der Schraube v in dieser Stellung fest gehalten zu werden, was um so nothwendiger ist, als bei allfälligem Reiſsen derselben ein Herumschlagen von K und ρ vermieden werden muſs. Beide Glieder, denen A als Grundplatte dient, sind durch diese mittels einer aufgeschlitzten und mit Klemmschraube q versehenen Hülse drehbar mit Z verbunden. Abweichend von den gewöhnlichen Indicatoren ist die zur Messung des Dampfdruckes bestimmte Einrichtung, welche das Princip des Mariotte'schen Gesetzes zur Grundlage hat. So viel Bedenken ich gegen diese Abweichung anfangs trug und wie sehr deren Unzulänglichkeit durch die Eigenschaften permanenter Gase bestärkt erscheint, wagte ich diesen Versuch dennoch, um zu sehen, in wie fern die Anwendung von Stahlfedern, deren Wirkung ebenfalls durch Wärmeeinfluſs, Massenträgheit, Elasticitätsvermögen u. dgl. beeinfluſst wird, beim Indicator umgangen werden könnte. Ob das Diagramm hierbei ebenfalls eine „pseudoadiabatische Curve“ begrenzt oder der Wahrheit näher liegt, mag dahin gestellt sein, denn die Bewegung der Massen selbst und der Widerstand des mit aller Sorgfalt beobachteten Schreibstiftes treten sicherlich gegen die Nachtheile der über dem Indicatorkolben üblichen, fast mikroskopischen Luftkanäle gänzlich zurück. Der Hub des Kolbens J beträgt genau 20mm, das Hebelverhältniſs am Schreibhebel ist ¼ und der Abstand zwischen Kolben und Cylinderdecke Z (Fig. 1) 40mm. Die in Z eingeschlossene Luftmenge wird daher beim höchsten Stand des Kolbens auf die Hälfte verdichtet, in |10| welchem Moment also auf J ein Druck von 1at herrscht. Um die nachtheiligen Folgen gröſserer Pressung zu vermeiden, ist die dem Dampfe dargebotene Querschnittsfläche auf 0,1 derjenigen des Kolbens J reducirt; somit entsprechen 8mm am Schreibhebelende oder 2 Proc. Verringerung des Luftvolumens in Z im Dampfcylinder = 1at. Es gestattet jedoch die Verbindung zwischen Kolben J und Stange j durch Lüften der Schraube i und Drehen der Kolbenstange j dieses Volumen nach Erforderniſs zu vergröſsern oder zu vermindern, und es würde, wenn 10 Umdrehungen an j = 10mm Entfernung des Kolbens J vom Anfangspunkte entsprächen, nun für je 4mm Hub am Schreibstift etwa 1at entfallen, demzufolge das frühere Druckmaximum von 10 auf 20at steigen. Solche Spannungen können höchstens am Wassercylinder vorkommen, bleiben daher im Allgemeinen unberücksichtigt.

Die Uebertragung der Bewegung vom Kolben J auf den Schreibhebel vermittelt der Steg t, dessen linksseitiges Ende drehbar um j gelagert ist, während am gegenüber liegenden, mit den entsprechenden Führungscylindern verbundenen Ende die in Fig. 1 dargestellte Lagerung der Hebelstange φ erzielt wurde. Dieser Theil ist der Uebersicht halber, in die Zeichenebene zurückgedreht dargestellt; dessen wahre Lage geht jedoch aus Fig. 2 hervor. Der Gegenlenker und die an Stelle der notwendigen Horizontalführung befindliche Gelenkgabel des Schreibhebels lagern entsprechend in einer an Z über A fest geschraubten Lagerplatte E, stehen also mit den übrigen Gliedern unverändert fest, während A um Z drehbar bleibt. Beim ersten Versuch war Z an Stelle der Kopfschraube g durch eine biegsame Platte so verschlossen, daſs durch deren Einfluſs auf den Schreibstift die in Folge des vom Kolben verursachten Stoſses durch Erwärmung zu früh eingetretene gröſsere Spannung ausgeglichen werden sollte, wobei ein nach innen sich öffnendes Saugventil die hierbei verlorene Luftmenge von auſsen wieder nachströmen lieſs. Diese Vorsicht zeigte sich als gänzlich überflüssig, da die Verdichtung hier zu gering ist, als daſs Wärmeeinfluſs o. dgl. im Verlauf einer längeren Arbeit merkliche Aenderung des Volumens verursachen würden; überdies ist zur Sicherung des Abschlusses von Z nach auſsen der Kolben J mit einer Schicht Glycerin bedeckt. Die Verbindung des Instrumentes mit dem Gewindebolzen oder dem Hahnkörper geschieht mittels Holländerverschluſs.

Der für die Ordinate bestimmte Maſsstab wurde nicht nach der üblichen Mariotte'schen Scale (Luftpumpe) getheilt, sondern an einer für diesen Zweck besonders eingerichteten Schnellwage (Sicherheitsventil) mit Wasserdruck, deren Belastungsgewicht in Quecksilber tauchte, welches dem jeweiligen Druck entsprechend zurücksank. Ein Uebelstand, welcher diesem Indicator nicht abgesprochen werden könnte, wäre die Notwendigkeit der Beobachtung des Luftdruckes zur Zeit des Versuches, falls der Zustand der eingeschlossenen Luft das Oeffnen |11| der Schraube y vor Beginn der Operation unerläſslich erscheinen lieſse. In wie weit die mit diesem Instrument erzielten Resultate für die Folge von Einfluſs sein werden, bleibt abzuwarten. Jedenfalls ist der Wunsch begründet, die Anwendung der Feder durch genauere Mittel in dieser Richtung möglichst einzuschränken.

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