DE41416C - Einrichtung zum Messen oder. Registriren von mechanischer Kraft oder zum Anzeigen geleisteter Arbeit - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 42: Instrumente.

CARL DIHLMANN in BERLIN.

geleisteter Arbeit.

Fatentirt im Deutschen Reiche vom 14. Juni 1887 ab.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung, durch welche die von irgend einer Kraftquelle übertragene Kraft in ihrer jeweiligen Gröfse gemessen und diese Gröfse in fortlaufender Weise registrirt werden kann. Vermittelst dieser Einrichtung kann auch die Summe der von irgend einem Motor in einer beliebigen Zeit geleisteten Arbeit selbstthätig angezeigt werden. '

Zum Messen von geleisteter oder übertragener Kraft bezw. Arbeit verwbndet man in der Praxis ausschliefslich das Bremsverfahren, welches aber umständlich und bei gröfsen Kräften nicht mehr ausführbar ist; auch gestattet dasselbe nur die Bestimmung der zu einem gewissen Zeitpunkt geleisteten oder übertragenen Kraft bezw. Arbeit, nicht aber das Registriren verschiedener auf einander folgend zur Uebertragung kommender Arbeitsgröfsen und ebenso wenig das Summiren oder Zählen derselben während eines bestimmten Zeitabschnittes. Verschiedene Apparate, welche zu diesem letzteren Zweck ersonnen worden sind, z. B. das Morin'sche Dynamometer, haben sich ihrer umständlichen Construction und Handhabung halber nicht in die Praxis einzubürgern vermocht.

Um diese Uebelstände zu vermeiden, habe ich folgenden Apparat erfunden, welcher im wesentlichen, ebenso wie der Morin'sche, darin besteht, dafs die die Kraft bezw. Arbeitübertragenden Theile, als: Riemscheibe, Zahnrad, Kupplung, Welle etc. einerseits und Kupplung, Welle etc. andererseits elastisch mit einander in der Weise verbunden werden, dafs durch die zu übertragende Kraft während des Ganges eine dieser Kraft mehr oder weniger proportionale Verschiebung oder Verdrehung dieser Theile gegen einander hervorgebracht wird, um aus der Gröfse dieser Verdrehung, bezw. Verschiebung auf die Gröfse der übertragenen Kraft und, wenn die Geschwindigkeiten bezw. Umdrehungszahlen pro Secunde oder Minute bekannt sind, auf die Menge der übertragenen Arbeit zu schliefsen. Dieser Apparat i kann ferner mit einer Vorrichtung in Verbindung gebracht werden, welche dazu dient, die Gröfse der Verdrehung bezw. Verschiebung der einzelnen Theile während des Ganges zu messen oder die auf einander folgend stattfindenden Verdrehungs- bezw. Verschiebungsgröfsen zu registriren oder zu zählen.

Die Ausführung der oben erwähnten elastischen Verbindung wird im wesentlichen bewirkt unter Verwendung eines Gewindestückes b b, Fig. i, 2 und 3, dessen Wirkungsweise durch folgende Beispiele erläutert werden soll.

In Fig. ι stellt A B einen Schnitt durch. eine Riemscheibe (oder Kupplung oder Zahnrad oder dergleichen) dar, deren Bewegung für die Messung benutzt werden soll. Die Nabe a a dieser Scheibe ist mit einem Muttergewinde versehen, in welches das Gewindestück bb pafst. Das letztere ist auf die treibende bezw. getriebene Welle so aufgesteckt, dafs es sich um, die Welle nicht drehen, aber in der Längsrichtung derselben verschieben läfst (also etwa

unter Verwendung von Nuth und Feder oder eines Vierkants oder dergleichen). Wird nun an der Peripherie der Scheibe A B eine Kraft in der Richtung einer Tangente ausgeübt (welche bei Riemenbetrieb gleich ist der Differenz der beiderseitigen Riemenspannungen), so sucht sich die Scheibe zunächst zu drehen und bei entsprechendem Rechts- oder Linksgang des oben erwähnten Gewindes sich nach rechts oder links zu verschieben. Um eine solche Verschiebung nach der einen Seite (beispielsweise nach links) zu verhindern, ist die Muffe dd, gegen welche sich die Nabe der Scheibe anlegt, fest mit der Welle verbunden. Die nächste Folge der Drehung der Scheibe AB ist, dafs sich das Stück b b nach rechts hin verschieben mufs; hier drückt dasselbe gegen eine auf die Welle geschobene Feder FF, welche an ihrem entgegengesetzten Ende gegen die feste Muffe e e stöfst. Die Feder wird nun so weit zusammengedrückt, bis die an der Peripherie der Scheibe AB wirkende Kraft mit der an der Feder ausgeübten Gegenkraft im Gleichgewicht ist, worauf die Drehung der Welle beginnen wird. Ganz dasselbe Spiel im umgekehrten Sinne tritt ein, wenn die bewegende Kraft an der Welle statt an der Scheibe auftritt. Aus der Gröfse der Verschiebung■■ des Stückes b b kann man nun auf die, an der Peripherie der Riemscheibe auftretende. Kraft und daraus, wenn die Geschwindigkeit der Scheibenperipherie bekannt ist, auf die Gröfse der übertragenen Arbeit schliefsen.

Fig. 2 stellt dieselbe Vorrichtung dar, angewendet auf Wellenkupplungen; hier ist die eine halbe Kuppel h^l fest mit dem einen Wellenende verbunden, während die andere halbe Kuppel /?² an Stelle der in Fig. ι dargestellten Riemscheibe bezw. deren Nabe tritt, während b b wieder das verschiebbare Gewindestück ist. Selbstredend können hier die beiden halben Kupplungen auch aus einem einzigen Stück hergestellt werden.

Um die Gröfse der Verschiebung des Stückes bb während des Ganges bestimmen zu können, dient entweder eine unmittelbare Ablesevorrichtung oder eine durch ein Hebelwerk die Bewegung des Gewindestückes b b übertragende. Im ersteren Falle kann dieselbe so angeordnet sein, wie in Bezug auf Fig. ι beschrieben ist. Diese Anordnung besteht aus dem röhrenförmigen Fortsatz χ χ, welcher fest mit dem Stück b b verbunden ist und an seiner Oberfläche eine solche Theilung besitzt, däfs in bestimmten Entfernungen einzelne in sich selbst zurücklaufende Linien bezw. Kreise senkrecht zur Drehachse eingeschnitten sind, deren relative Stellung gegen eine mit der Muffe e e oder der Nabe α α fest verbundene Marke direct abgelesen wird. Im zweiten Falle kann die Ablesevorrichtung . so angeordnet sein, dafs die Verschiebung des Gewindestückes b b durch ein Hebelwerk übertragen und sichtbar gemacht wird, wie dies in Fig. 2 beispielsweise dargestellt ist. Hierbei bilden f^lf² die Führungsringe; wird nun b b gegen e e verschoben, nähert sich also f^l gegen f², so wird der Zeiger ^¹^²^"³ durch die Bewegung von/¹ ο^¹ um seinen Drehpunkt ^² gedreht, und aus seinem Ausschlag läfst sich die Verschiebung von b b bestimmen.

Eine Vereinfachung der angegebenen Construction besteht darin, dafs man das Stück b b fest mit der Welle verbindet, so dafs statt dessen die Riemscheibe (bezw. Zahnrad, Kupplung etc.) nach der Seite hin unter Einwirkung der äufseren Kraft verschoben wird, wobei nur darauf Rücksicht zu nehmen ist, dafs die Nabe α α sich direct oder mit Hülfe eines Zwischenstückes gegen die Feder FF anlegt und das Zusammendrücken derselben bewirkt.

In allen bisher erwähnten Fällen kann, wie in Fig. ιa beispielsweise dargestellt ist, statt der Feder FF auch eine Hebelvorrichtungy^ljr* mit Gegengewicht G angewendet werden, wobei das letztere durch die Verschiebung des Gewindestückes b b gehoben wird. Aus dem Grade dieser Hebung läfst sich dann die übertragene Kraft bezw. Arbeit bestimmen und durch einen Zeiger y³ auf einer entsprechend angebrachten Scala ablesen..

Statt einer Druck- bezw. Zugfeder, wie eine solche in Fig. 1 dargestellt ist, kann auch eine Torsionsfeder Verwendung finden, wie dies beispielsweise durch die Fig. 1 b veranschaulicht wird. Die Wirkungsweise ist hier folgende: Die Muffe dd trägt einen Fortsatz mm, der mit der Nabe α der Riemscheibe derart verbunden ist, dafs die Scheibe A B sich wohl gegen das hohle Stück α α verdrehen, nicht aber relativ, gegen dasselbe verschieben kann. Die Torsionsfeder FF ist- dabei mit dem einen Ende an d d, mit dem anderen an der Nabe Λ (oder der Kupplung oder Zahnrad oder dergleichen) fest verbunden. Wirkt nun an der Scheibe A B eine Kraft, so verdreht sich die erstere auf der Welle so lange, bis die Torsionsfeder FF die dieser Kraft entsprechende Drehung erlitten hat, und die Rotation der Welle wird beginnen. Gleichzeitig mit der Verdrehung der Scheibe AB wird das Gewindestück b b aus seiner ursprünglichen Lage verschoben, und läfst sich aus dem Mafs dieser Verschiebung wieder die Stärke der angreifenden Kraft bestimmen.

Ist das Gewindestück b b fest mit der Welle verbunden und die Scheibe etc. auf derselben verschiebbar aufgesetzt, so wird die Feder F sowohl auf Zug bezw. Druck, als auch auf Torsion beansprucht und die Verschiebung des GewindestUckes b b wird wieder ein Mafs für die angreifende Kraft abgeben. Durch analoge Verbindung von dd mit b b und entsprechende

Aenderung der Angriffspunkte der Feder FF, sowie durch Anwendung mehrerer Federn oder einer Combination von einer oder mehreren Druck- bezw. Zug- oder Torsionsfedern, ferner durch Verwendung von Kupplungen, Zahnrädern etc. statt der Scheibe A B lassen sich noch eine Reihe anderer Anordnungen erzielen, bei denen indefs stets das gleiche Resultat beabsichtigt wird, nämlich die Verschiebung des Gewindestückes b b bezw. der Nabe a a ü. dergl. (der zugehörigen Scheibe, des Zahnrades, der Kupplung etc.), um als Mafsstab der augenblicklich angreifenden Kraft zu dienen.

Sämmtliche bisher gegebenen Constructionen hatten nur den Zweck, die übertragene Kraft bezw. Arbeit in einem beliebigen Moment zu messen. Man kann aber ein solches Dynamometer (event, unter Wegfall der Vorrichtung zur unmittelbaren Messung der Verschiebung des Gewindestückes b b) mit einem Registrirapparat, welcher, entweder bei einer gewissen Anzahl Umdrehungen der Welle oder gleichmäfsig durch ein Uhrwerk bewegt, in gewissen Zeitintervallen die Gröfse der Verdrehung bezw. Verschiebung der elastischen Theile gegen einander aufzeichnet, oder mit einer Vorrichtung in Verbindung bringen, welche an einem Zählwerk die Summe der in allen kleinsten oder mefsbaren Zeitabschnitten stattgehabten Verdrehüngs- bezw. Verschiebungsgrölsen der einzelnen Theile der elastischen Verbindung direct abzulesen und dadurch einen Schlufs auf die übertragene Arbeit zu ziehen gestattet. Der in ersterem Falle zur Verwendung kommende Registrirapparat hat die Aufgabe, fortwährend die jeweilige 'Gröfse der Verschiebung des Stückes b b zu registriren, um aus den auf einander folgenden Aufzeichnungen die während eines bestimmten Zeitabschnittes und während der einzelnen Theile desselben übertragenen Arbeitsgröfsen zu erkennen. Dasselbe kann nach einem beliebigen System oder nach irgend einer der bekannten Constructionen ausgeführt sein.

In Fig. 2 beispielsweise wird zu diesem Zweck ein Papierstreifen (wie punktirt angedeutet) vor dem Zeiger des Hebelwerkes vorbeigeführt, in der Weise, dafs dieser Zeiger seine einzelnen Stellungen auf dem Papierstreifen markirt.

Um . für den letzteren Fall die Summe der einzelnen Verdrehüngs- bezw. Verschiebungsgröfsen durch ein Zählwerk sichtbar zu machen, bringe ich eine Construction zur Anwendung, bestehend im wesentlichen aus einem Konus, der um seine Achse gleichmäfsig mittelst eines Uhrwerkes oder proportional der Hauptwelle vermittelst Uebertragung rotirt und in der Richtung seiner Achse proportional dem Gewindestück b b sich verschiebt, in Verbindung mit einem gegen die Mantelfläche dieses Konus sich pressenden Rädchen, dessen Drehachse mit der Achse des Konus ganz oder annähernd in derselben Ebene liegt, so dafs dieses Rädchen infolge der Reibung mit dem Konus gleichfalls rotirt, und zwar um so rascher, je mehr der Konus infolge der Verschiebung des Gewindestückes b b gegen das Rädchen zu verschoben wird, um aus der Zahl der Umdrehungen dieses Rädchens, die durch ein Zählwerk notirt wird, die geleistete bezw. übertragene Arbeit zu bestimmen, wie dies in Fig. 3 beispielsweise dargestellt ist. Hier ist k der auf der Welle ρ q befestigte Konus, der durch die Führung y¹/¹ μ veranlafst wird, der Verschiebung des Gewindestückes b b zu folgen, und der zu gleicher Zeit durch den Riemen r r r in Umdrehung versetzt wird mit einer Geschwindigkeit proportional derjenigen der Hauptwelle; st ist das gegen k geprefste Rädchen mit der Achse ν n>, welch letztere mit dem Zählwerk durch ein Universalgelenk im Punkte ν in Verbindung steht. Bei entsprechend gewählten Uebersetzungsverhältnissen lassen sich am Zählwerk direct die während eines gewissen Zeitraumes übertragenen Meter-Kilogramme bezw. Stunden-Pferdekräfte ablesen.

Ist die Verdrehung der elastischen Theile bezw. die Verschiebung des Stückes b b nicht genau proportional der geleisteten bezw. übertragenen Kraft, so läfst sich durch entsprechende Umgestaltung der Mantelfläche des Konus k, welche bei Nichtproportionalität kein reiner Kegel, sondern eine von der Kegelfläche mehr oder weniger abweichende Umdrehungsfläche sein mufs, doch erreichen, dafs die Umdrehungen des Rädchens s t genau proportional sind der Summe der übertragenen Kräfte bezw. Arbeitsgröfsen.

Vergröfsert sich der Winkel an der Spitze des Konus k bis zu i8o°, so wird aus dem Konus eine Scheibe, die zu demselben Zwecke Verwendung finden kann.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Eine Einrichtung zum Messen oder Registriren von mechanischer Kraft oder zum Anzeigen von geleisteter Arbeit, bei welcher ein auf der Welle verschiebbares oder auf derselben unverrückbar befestigtes und mit äufserem. Gewinde versehenes Gewindestück b b in die Nabe α (oder dergleichen) der die Kraft bezw. Arbeit empfangenden oder abgebenden und auf der Welle befestigten bezw. verschiebbaren Riemscheibe A (oder Kupplung oder Zahnrad oder dergleichen) eingreift, und bei welcher durch eine oder mehrere Druck- bezw. Zugfedern, oder eine o.der mehrere Torsionsfedern FF, oder eine Combination von Druck- und Torsionsfedern oder ein belastetes Hebelwerk^¹^² das Gewindestück bb bezw. die

   zugehörige Riemscheibe (Zahnrad, Kupplung oder dergleichen) in seine bezw. ihre Normalstellung gedrückt wird, so dafs die lineare Verschiebung, welche das Gewindestück b b bezw. die verschiebbare Riemscheibe (Kupplung, Zahnrad oder-dergleichen) bei der .Uebertragung der Kraft bezw. Arbeit erleidet,. das Mafs für die festzustellenden Gröfsen abgiebt, welches Mafs entweder:

   a) in jedem einzelnen Augenblick direct an einer Scala abgelesen werden kann (wie in Fig. ι beispielsweise dargestellt) oder durch ein Hebel- bezw. Zeigerwerk übertragen und an einer Scala erkenntlich gemacht wird (wie in Fig. ι a und 2 beispielsweise dargestellt); oder

   b) auf einer vor einem Punkte oder dem Zeiger des sich verschiebenden Theiles continuirlich. sich vorbeibewegenden Scheibe, Trommel oder dem Bande einer Registrirvorrichtung oder dergleichen fortlaufend aufgezeichnet wird (wie in Fig. 2 beispielsweise dargestellt); oder endlich
   durch die Uebertragung der linearen Bewegung des Gewindestückes b b auf einen gleichzeitig von den rotirenden Theilen (oder von einem besonderen Uhrwerk oder dergleichen) in Umdrehung versetzten Rotationskörper K (wie in Fig. 3 beispielsweise dargestellt), dessen Erzeugungslinie entsprechend gestaltet ist, und welcher einen zweiten, entsprechend gestalteten und auf der ersten Welle eines Zählwerkes sitzenden Umdrehungskörper st mit der durch die jeweilige Stellung und den zugehörigen Radius des ersten Rotationskörpers bedingten Umfangsgeschwindigkeit mitnimmt, die Umdrehungszahlen des zweiten Rotationskörpers s t derart beeinflufst, dafs von dem Zählwerk die Summe der geleisteten Arbeitsgröfsen während eines beliebigen Zeitabschnittes angegeben wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.