Titel: Die Automobiltechnik im Jahre 1904.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1904, Band 319 (S. 769–772)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj319/ar319212

Die Automobiltechnik im Jahre 1904.

Von Dipl.-Ing. W. Pfitzner, Assistent an der K. Technischen Hochschule, Dresden.

(Fortsetzung von S. 762 d. Bd.)

Naturgemäss war von jeher der Wunsch vorhanden, auch in die inneren Vorgänge bei der Verbrennung des Gemisches einen Einblick tun zu können. Das gewöhnliche Hilfsmittel hierbei, der Kolbenindikator, versagt bei den hohen Umdrehungszahlen vollständig. Selbst mit besonders kleinen Kolben ist es kaum möglich bis über 600 Umdrehungen i. d. Minute zu kommen, der Trommel-antrieb wird unsicher und die Eigenschwingungen des Indikators vereiteln eine genaue Aufzeichnung des Diagrammes. Auch der von Güldner beschrittene Weg, Diagramme von Indikatoren aufzeichnen zu lassen, deren Trommel mit der halben Umdrehungszahl der Kurbelwelle von einer Steuerwelle aus angetrieben wird, gibt nicht den unmittelbaren, wünschenswerten Einblick in den Verlauf der Spannung, obwohl einzelne Teile des Diagrammes gut zu verfolgen sind. Zur Berechnung der indizierten Leistung sind diese Diagramme auch nicht geeignet. (Vergl. Z. d. V. d. I., 1900, S. 1729 u. f.)

Textabbildung Bd. 319, S. 769

Man hat infolgedessen versucht, auf anderem Wege zu brauchbaren Indikatoren zu kommen, indem man Apparate mit möglichst geringen bewegten Massen konstruierte. Alle derartigen Instrumente benutzen als Zeichen- bezw. Schreibvorrichtung einen Lichtstrahl und die photographische Platte, die Bewegungen selbst werden an einem Spiegel vorgenommen und können deshalb sehr klein sein. Von den verschiedenen Ausführungen solcher Apparate sei hier nur der von Hospitalier und Carpentier angegebene und Manograph benannte beschrieben, als einer der meist verbreiteten.

Die Einrichtung des Apparates geht aus den Fig. 2022 hervor. In einem länglichen Holzkasten (Fig. 20) befindet sich bei 5 ein kleiner Hohlspiegel, der unter dem Einfluss des Druckes im Zylinder und der Drehung der Kurbelwelle bestimmte Bewegungen ausführen kann. An einer derLängsseiten des Kastens ist eine Beleuchtungsvorrichtung angebracht, meist eine kleine Acetylenflamme A mit einer Blende von etwa 1 mm Durchmesser, von der aus ein Lichtbündel auf das vor der seitlichen Oeffnung stehende Prisma P strahlt.

Textabbildung Bd. 319, S. 769
Textabbildung Bd. 319, S. 769

Das Prisma sendet durch totale Reflektion die Lichtstrahlen nach dem Hohlspiegel S, der nunmehr auf dem Mattglasschirm GG, am Ende des Apparates, ein scharfes Bild der hellbeleuchteten Blendenöffnung |770| entwirft. Bei einer Bewegung des Spiegels wandert der Lichtpunkt auf der Mattscheibe; für das Auge entsteht bei genügender Geschwindigkeit der Bewegung der Eindruck einer Lichtlinie, die sich ohne Schwierigkeiten photographisch festhalten lässt. Die Mattglasscheibe lässt sich wie beim photographischen Apparat durch eine Kassette mit lichtempfindlicher Platte ersetzen.

Die Bewegung des Hohlspiegels geschieht in zweifacher Weise. Der Spiegel, oder vielmehr eine mit ihm fest verbundene Metallplatte ist auf drei Punkte in der Anordnung eines rechtwinkligen Dreiecks gestützt (siehe Fig. 21), von denen einer f festliegt, während die beiden andern sich senkrecht zur Plattenebene verschieben können Bei einer Bewegung von v dreht sich das System um die senkrechte Achse f–p, der Lichtpunkt auf der Mattscheibe wandert infolgedessen seitlich auf einer wagerechten Geraden. Andererseits bewirkt eine Verschiebung des Punktes p eine Drehung des Spiegels um die wagerechte Achse fv und damit ein Wandern des Lichtpunktes auf der Mattscheibe in senkrechter Richtung. Bei gleichzeitiger Bewegung beider Punkte p und v entstehen somit geneigte Linienzüge oder Kurven, die wie im gewöhnlichen Indikator das Spannungsdiagramm darstellen, wenn man Punkt v entsprechend dem Kolbenhub und Punkt p entsprechend der Spannung im Zylinder bewegt.

Diese beiden Bewegungen werden mit den in Fig. 22 angegebenen Hilfsmitteln eingeleitet. Es befindet sich in einem Metallblock hinter dem Spiegel eine dünne Blechmembran M, von der aus nach dem Punkte p ein Druckstift P führt. Die andere Seite der Membran steht in Verbindung mit dem Verbrennungsraum des Motorzylinders; ein dünnes Kupferrohr mit einem (nicht gezeichneten) Abschlusshahn stellt die Verbindung her. Unter dem Einfluss der im Zylinder entstehenden Spannungen biegt sich die Membran nach aussen durch und diese geringe Bewegung wird durch den Druckstift auf den Spiegel übertragen. Eine Blattfeder B1 sichert ein dauerndes Anliegen der Teile, sowie die Rückbewegung des Spiegels bei sinkender Spannung. Die Durchbiegung der Membran und damit die Spannung im Zylinder wird also an der senkrechten Bewegung des Lichtpunktes in erheblich vergrössertem Masstabe gemessen.

Die Kolbenbewegung kann bei der Kleinheit aller Abmessungen nicht in der gewöhnlichen Weise mit einfacher Hubreduktion übertragen werden. Die Erfinder sind dazu übergegangen, einen eigenen kleinen Kurbeltrieb von normalen Verhältnissen an den Apparat anzubauen, der in der Nähe des Spiegels sitzend mit ganz geringen Massen die hin- und hergehende Bewegung bewirkt. Der Antrieb vom Motor geschieht dann nur mit einer dünnen biegsamen Welle, ist also nur drehend, nicht schwingend, ausserdem hat man den Vorteil, den ganzen Apparat bequem in fast beliebiger Entfernung vom Motor aufstellen zu können.

Der Kurbeltrieb besteht (Fig. 22) aus dem mittleren kleinen Zahnrad Z1 als Kurbel und der kurzen Stange S als Schubstange. Der Kreuzkopf ist ersetzt durch die doppelarmige Schwinge H, gegen die sich unmittelbar der zweite Druckstift V legt. Eine zweite Feder B2 bewirkt auch hier die kraftschlüssige Rückbewegung des Spiegels.

Die in der Figur noch eingezeichneten Hilfsräder haben den Zweck, zwischen der Kurbelbewegung des Motors und der des Apparates genaue Uebereinstimmung herzustellen. Die biegsame Welle, in der sich meist noch eine Reibungskupplung zum Einschalten des Manographen während des Betriebes befindet, erfordert stets eine Nachstellung, sie verdreht sich etwas, auch die Kupplung bringt stets einen Fehler in die Uebertragung hinein. Um alle diese Einflüsse auszugleichen ist der Antrieb der kleinen Kurbel erst mittelbar durch das Zahnrad Z2 bewirkt, an dessenAchse die biegsame Welle angreift, und das sich mit Hilfe der angedeuteten Schraubvorrichtung J um das Mittelrad Z1 herumbewegen lässt. Die Umführung bewirkt eine Verstellung der beiden Kurbelmechanismen zueinander, die man auch während des Ganges zum Ausgleich der Winkelabweichungen benutzen kann.

Die Uebertragung beider Bewegungen, der senkrechten und der wagerechten ist keine vollständig genaue, wie sie für die richtige Darstellung des Diagrammes erforderlich wäre. Zunächst sind die Durchbiegungen der Membran nicht proportional den Drücken, der Maasstab für die Spannungen ändert sich, und zwar werden die Bilder zu niedrig. Ein weiterer Fehler entsteht durch die nicht mathematisch richtige Bewegung des Spiegels, wenn auch dieser Einfluss nicht gross sein mag. Beide Uebelstände lassen sich aber berücksichtigen, wenn man eine Eichung mit bekannten Pressungen vornimmt. Man bekommt einen „veränderlichen Federmasstab“, nach dem man die wahren Drücke jederzeit ablesen kann und den man auch zum Umzeichnen der Diagramme auf gleichbleibenden Masstab benutzen kann. Bedenklicher scheint dagegen das dünne, verhältnismässig (bis 1 m) lange Anschlussrohr nach dem Zylinder. Sein Volumen darf nicht gross sein, damit das Kompressionsverhältnis der Maschine nicht wesentlich geändert wird, es kann deshalb nur mit 2–3 mm lichtem Durchmesser ausgeführt werden. In einem solchen Rohr können sich die schnell wechselnden Drücke aber nur schlecht fortpflanzen, es müssen bedeutende Druckverluste und zeitliche Verschiebungen eintreten, die natürlich ein durchaus falsches Bild von den wirklichen Vorgängen liefern müssen. Um diesem Fehler aus dem Wege zu gehen, empfiehlt es sich daher, an Stelle des langen dünnen Rohres ein kürzeres von grösserem Durchmesser zu setzen, selbst auf die Gefahr hin, dass die Membran etwas stärker erhitzt wird. Allerdings hat man in der Schraubvorrichtung J Fig. 22, ein Mittel zur Hand, der Phasenverschiebung in den Drücken eine entsprechende Verschiebung in der Winkeleinstellung des Kurbeltriebes beizugeben, so dass beide Bewegungen zwar verspätet, aber wenigstens zu einander richtig im Apparat eintreffen, doch erfordert dieser Ausgleich eine ständige Nachstellung von Hand entsprechend den verschiedenen Tourenzahlen. Besser ist es jedenfalls, mit dem dickeren Rohr zu arbeiten, da man dann die sonst erheblichen Druckverluste auch vermeidet. Mit einem Rohr von etwa 10 mm Durchmesser arbeitet der Apparat noch bis 2500 Umdrehungen i. d. Minute zuverlässig.

Die Bewegungsübertragung durch die biegsame Welle ist natürlich auch mit Fehlern behaftet, es stellen sich bei hohen Tourenzahlen Torsionsschwingungen ein, die dauernde Verdrehung ändert sich auch mit der Umdrehungszahl, die Abmessungen des kleinen Kurbeltriebes sind nicht immer verhältnisgleich denen des untersuchten Motors. Die biegsame Welle lässt sich durch einen starren Zahn-radtrieb ersetzen, die kleinen Abweichungen in der Spiegelbewegung muss man in Kauf nehmen. Die Grösse der Abweichungen lässt sich jedenfalls jederzeit auf der Mattscheibe feststellen.

Wenn somit auch die erhaltenen Diagramme nicht allzugenau sind und namentlich zur Bestimmung der indizierten Arbeit nicht unmittelbar benutzt werden können, so lässt sich doch an ihnen schon manches verfolgen, was die gewöhnlichen Indikatoren nicht so gut zu zeigen vermögen. Man kann über die Widerstände beim Laden und Auspuffen des Zylinders, über den Verlauf der Verbrennung und über den Einfluss der Vorzündung hübsche Beobachtungen machen. In Fig. 23 ist zunächst ein Originaldiagramm eines schnellaufenden Motors von de Dion & Bouton wiedergegeben, mit dem darüber gezeichneten, veränderlichen Federmasstab und dem danach umgezeichneten Diagramm für gleiche Abstände der Spannungseinheiten. Das |771| Bild ist bei 1600 Umdrehungen i. d. Minute aufgenommen. Merkwürdig erscheint die Einknickung in der Ausdehnungslinie, wahrscheinlich der Rest einer sehr stark gedämpften Schwingung der Membran. Aus dem Verlauf der Kompressionslinie lässt sich annähernd der Zündzeitpunkt erkennen, die Auspuff- und Ansaugelinie deuten auf sehr starke Widerstände in den Ventilen hin, es entsteht eine erhebliche Verlustfläche.

Textabbildung Bd. 319, S. 771
Textabbildung Bd. 319, S. 771

Durch Einsetzen dünner Membranen kann man die Vorgänge beim Saugen usw. in vergrösserten Ordinaten unmittelbar sichtbar machen. So geben die beiden Figuren 24 und 25 sehr schön den Spannungsverlauf, wie er sich bei Drosselregulierung einstellt. Die Linien sind aufgenommen bei von aussen in Bewegung gesetztem Motor, ohne Zündung des Gemisches, da die Membran den Explosionsstoss nicht ausgehalten haben würde. Fig. 24, 1160 Umdrehungen i. d. Minute, fast ganz geschlossene Drosselklappe, zeigt einen erheblichen Ansauge-Unterdruck und eine Kompressionsspannung von etwas über zwei Atmosphären, Fig. 25, vollständig geöffnete Drosselklappe, 730 Umdrehungen, zeigt die volle Kompression von ziemlichfünf Atmosphären. Auch hier sind die Ventilwiderstände noch zu erkennen.

Textabbildung Bd. 319, S. 771

In recht anschaulicher Weise hat Prof. H. L. Callendar den Einfluss der Vorzündung mit dem Manographen sichtbar gemacht. (Technics, No. 4, April 1904). Er hat gleichzeitig mit dem Spannungsdiagramm auch den Zündfunken photographisch aufgenommen, mit Hilfe einer zweiten Funkenstrecke, die er in die Hochspannungsleitung des Zündstromes einschaltete. Diese zweite Funkenstrecke, auch sonst viel benutzt unter dem Namen „Vorschaltfunkenstrecke“ (vergl. später unter Zündungen), befand sich im Manographen über der Blendenöffnung, die Lichtstrahlen des elektrischen Funkens nahmen also denselben Weg wie die der Beleuchtungsflamme, so dass im Momente der Zündung über der Diagrammlinie das Bild des Funkens als Punkt mit erschien. Auf diese Weise ist der Zündzeitpunkt unmittelbar einwandfrei festgelegt. Zwei solcher Diagramme sind in den Figuren 26 und 27 wiedergegeben. Fig. 26 zeigt ein Diagramm mit Nachzündung bei geringer Leistung, 1930 Umdrehungen; das Gemisch verbrennt erst gegen Ende des Hubes, der Kolben eilt der Zündflamme weit voraus. Wird die Zündung früh genug eingeleitet, wie in Fig. 27, etwa 40° Kurbelwinkel vor Totpunktstellung, dann entstehen normale Diagramme mit guter Flächenentwicklung selbst bei so hohen Tourenzahlen wie hier, 1580 i. d. Minute.

Diese wenigen Beispiele mögen genügen. Sie zeigen jedenfalls, dass man beginnt, in die inneren Vorgänge der schnellaufenden Motoren einzudringen. Für eine Berechnung reichen die Diagramme natürlich nicht aus. Man ist ebenso wie im Grossgasmaschinenbau gezwungen, nach Erfahrungswerten die Zylinderdimensionen zu bestimmen. Die mittleren effektiven Drücke in der Höhe von pme = 4,5 – 5,0 Atmosphären dienen als Grundlage, das Verhältnis von Hub zu Durchmesser schwankt um die Werte 1,3 bis 1,0, die letztere Zahl ist bei den grösseren Maschinen üblich bezw. notwendig, damit die Drücke der schwingenden Massen nicht unzulässig werden. Als Grenzwert für die Leistung eines Zylinders kann bei normalen Gebrauchsmotoren 8 PS gelten, jedoch kommen bei den grössten Rennmotoren unter Umständen über 20 PS auf einen Zylinder, wobei die übliche Kolbengeschwindigkeit im Betrage von 4,5 bis 5,0 m wesentlich erhöht wird.

Im allgemeinen dringt die vielzylindrige Bauart mehr und mehr durch, weitaus die meisten Maschinen sind zwei- und vierzylindrig. In der Tat sprechen auch alle Erwägungen für den Bau mehrzylindriger Motoren. Das Gewicht wächst bedeutend langsamer bei Zylindervermehrung als bei Vergrösserung eines Einzylindermodelles; der Gang des Motors wird bedeutend gleichförmiger, man spart an |772| Schwungradgewicht; die schwingenden und umlaufenden Massen lassen sich bequem gegeneinander ausgleichen, die Motoren laufen ruhiger und schliesslich ist auch der Preisunterschied für die Leistungseinheit bei Vielzylindermotoren nur unerheblich. Zweizylindermotoren baut man in der Regel mit um 180° versetzten Kurbeln, des Massenausgleiches wegen, trotz einer Verschlechterung des gleichförmigen Ganges. Wie notwendig der Massenausgleich wird, zeigt das Bestreben mancher Firma, die zäh an den Einzylindermodellen festhalten will; so haben de Dion & Bouton versucht, einen Massenausgleich am Einylindermotor nach Art von Fig. 28 auszuführen. Seitlich neben dem Arbeitszylinder schwingt ein mit Zahnrad und Kurbel angetriebenes totes Gewicht ebenso wie der Kolben, die Massendrücke in den Totlagen werden durch die sehr schweren rotierenden Gegengewichte f und p ausgeglichen; Horizontalkomponenten der Zentrifugalkräfte bleiben nicht frei, da die Gegengewichte entgegengesetzt rotieren. Der Massenausgleich ist bis auf den Einfluss der endlichen Länge der Schubstangen vollständig. Es ist nicht recht einzusehen, warum das Laufgewicht nicht gleich zu einem Arbeitszylinder erweitert wird, viel fehlt dem Gewicht nach doch nicht dazu und man hätte dann gleich eine Verdopplung der Leistung. Die Anordnung hat sich, wie vorauszusehen war, wenig bewährt und ist bereits wieder verschwunden.

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Mehr bewährt hat sich ein Ausgleich mit totem Gegengewicht bei Zweizylindermotoren, deren Kurbeln man in Rücksicht auf ein gleichförmiges Drehmoment um 360 ° oder 0 ° versetzt hat. Beidieser Kurbelstellung lassen sich die Perioden des Viertaktes in den beiden Zylindern so versetzen, dass die Zündungen in gleichen Abständen, während jeder Umdrehung des Motors einmal stattfinden. (Vergl. auch D. p. J. 1904, S. 299). Ein Ausgleich der jetzt übereinstimmend schwingenden grossen Triebwerkmassen nur durch rotierende Gegengewichte genügt nicht, man ist dazu übergegangen, zwischen die Arbeitskolben ein um 180° versetztes Kurbelgetriebe mit totem Gewicht einzubauen, Fig. 29 (Compens-Motor der Motorenfabrik Protos, Berlin, etwas später auch de Dion & Bouton, Puteaux). Hier lässt sich diese Bauart schon eher verteidigen, die Baulänge der Motoren kann trotz des Zwischengetriebes kurz gehalten werden, sie ist, wie Fig. 30, der Compens-Motor Protos zeigt, kaum unterschieden von gewöhnlichen Zweizylindermotoren. Der Ausgleich ist ebenfalls bis auf die endliche Länge der Schubstangen vollständig.

Textabbildung Bd. 319, S. 772
Textabbildung Bd. 319, S. 772

(Fortsetzung folgt.)

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