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Dynamometer [1]

[195] Dynamometer (Kraftmesser), Instrumente zur Messung der Stärke oder Intensität einer Kraft. Da das Produkt aus jeder Kraft und der Geschwindigkeit des Kraftangriffspunktes die mechanische Arbeit derselben repräsentiert, so eignen sich die Dynamometer auch zur Arbeitsmessung und werden daher auch unter denselben im engeren Sinne die zahlreichen Instrumente zur Messung mechanischer Arbeiten von Maschinen verbanden (s. Maschinenmeßkunde). Da die meisten Kräfte direkt als Zug- oder Druckkräfte auf die ihrem Einfluß unterworfenen Körper wirken, so gehören zu den Dynamometern im weiteren Sinne alle Wagen, Gewichts- und Federwagen, ferner alle Instrumente zur Messung des spezifischen Druckes von Flüssigkeiten, Dämpfen und Gasen, welch letztere jedoch gewöhnlich nicht Dynamometer, sondern Manometer (s.d.) genannt werden.

Die Dynamometer im engeren Sinne dienen entweder nur zur Kraftmessung oder zur Messung der in einer bestimmten Zeit geleisteten Arbeit, also zur Summierung oder Totalisierung der geleisteten Arbeit, weshalb die letzteren auch totalisierende Dynamometer heißen. Grashof [1] teilt die Dynamometer im engeren Sinne in folgende Klassen ein: 1. Momentan wirkende Dynamometer: a) mit indirekter Kraftmessung (oder Bremsdynamometer), b) mit direkter Kraftmessung (oder Transmissionsdynamometer); 2. Totalisierende Dynamometer. Nach Rateau [2] zerfallen dieselben ihrer Form und Wirkungsweise nach in: a) Federdynamometer, b) Torsionsdynamometer, c) Flüssigkeitsdynamometer, d) dynamometrische Wagen. Kovarik [3] unterscheidet: 1. Absorptionsdynamometer, bei denen die Arbeitsmessung indirekt durch Messung eines Reibungswiderstands geschieht, und 2. Transmissionsdynamometer, bei denen die Umfangskraft a) durch Wägung der Umfangskraft eines in die Transmission der Arbeitsmaschine eingeschalteten Zahnrades oder Riemens, b) durch die Messung der Deformation eines in die Transmission eingeschalteten, deformierbaren Bestandteils, einer Feder (eines Riemens oder dergl.) ermittelt wird. Im folgenden soll die Grashofsche Einteilung beibehalten werden.

1. Momentan wirkende Dynamometer. Dieselben geben die Arbeitsstärke nur für einen bestimmten Augenblick während des Ganges der Maschine an und lassen eine Veränderung derselben nicht ohne weiteres derart erkennen, daß man daraus die ganze Arbeit oder die mittlere Arbeitsstärke für einen gewissen Zeitraum ermitteln kann. Letzteres ist bei ihnen nur dann möglich, wenn die zu untersuchenden Maschinen mit ziemlich großer Gleichförmigkeit laufen, was allerdings bei Kraftmaschinen meistens der Fall ist. Diese Dynamometer finden daher vielfache Anwendung zur Messung der Leistung der letzteren. Die Arbeitsmessung kann entweder indirekt oder direkt erfolgen. Im ersteren Falle wird die von einer Kraftmaschine geleistete Arbeit durch eine am Umfang einer auf der Hauptwelle sitzenden Scheibe erzeugte Reibungsarbeit verbraucht oder absorbiert und aus der Größe der letzteren dann die von der Maschine in der Zeiteinheit geleistete Arbeit berechnet. Diese Dynamometer werden gewöhnlich als Bremsdynamometer bezeichnet. Im zweiten Fall wird die von der Maschine geleistete Arbeit aus der Zugkraft eines zwischen die Kraftmaschine und die Transmission eingeschalteten Riemens oder aus der Umfangs- bezw. Teilkreiskraft eines Zahnrades und der Riemen- bezw. Teilkreisgeschwindigkeit berechnet. Da dieselben einen Teil der Krafttransmission von der Kraftmaschine auf die Arbeitsmaschine bilden, heißen sie Transmissionsdynamometer.[195]

A. Bremsdynamometer. Das älteste und bis vor kurzem am meisten gebrauchte Bremsdynamometer ist der Pronysche Zaum, dessen verschiedene Ausführungsformen aus Fig. 1–3 zu ersehen sind. Derselbe beruht auf dem Prinzip der Backenbremse, indem die auf der Maschinenwelle beteiligte Bremsscheibe A durch zwei mittels zweier Schrauben zusammengezogene Holzbacken B und C (Fig. 3) oder durch einen Backen B und ein an seiner Innenfläche mit Holzklötzen belegtes Band D (Fig. 1 und 2) gebremst wird. Das Festbremsen, d.h. das Anpressen der Holzscheiben gegen die Bremsscheibe geschieht meistens durch eine oder zwei durch Handräder, Schrauben und Schraubenräder bewegte Schrauben. Durch elastische Einlagen zwischen beiden Backen (Gummischeiben H, Fig. 1, oder Schraubenfedern S, Fig. 2) wird das durch das starke Anpressen der Bremse gegen den Scheibenumfang bewirkte heftige Zittern der Bremse wesentlich verringert und die Regulierung der Bremse erleichtert. Zur Messung der Reibungsarbeit dient eine am Ende des Bremsbalkens angebrachte Gewichtsschale J, die das Gewicht P trägt. Um das durch das Herumschleudern der Gewichte äußerst gefährliche Herumschlagen des durch die vermehrte Reibung mitgenommenen Bremsbalkens L zu vermeiden, müssen Anschläge für den Bremsbalken vorhanden sein, so daß er nur wenig aus seiner horizontalen Lage nach oben und unten ausschlagen kann. Praktischer ist es noch, wenn der Bremsbalken sich infolge der Reibung gegen den Fußboden zu bewegt und sich mit einem am Ende angebrachten Fuß auf die Brücke einer Dezimalwage stützt. Die Berechnung der Leistung N_e einer Maschine (in Pferdestärken) mit Hilfe der Backenbremse geschieht nach der Gleichung N_e = P l π n/30 · 75 = 0,001396 · P l n, worin P in Kilogramm und l, der Hebelarm des Bremsbalkens, in Metern einzusetzen sind, n die Tourenzahl der zu bremsenden Welle in der Minute ist.

Verschiedene eigenartige Konstruktionen bezwecken die teilweise Beseitigung der Hauptnachteile des Pronyschen Zaums, vor allen Dingen der Veränderlichkeit des Belastungsmoments bei jeder Schwingung des Bremshebels um seine horizontale Lage. Bei der geringsten Aenderung in der Leistung der Maschine (die streng genommen während eines jeden Kolbenhubs stat findet) wird, solange die Reibung dieselbe bleibt, die Bremse entweder zu stark oder zu schwach bremsen, je nachdem die Leistung der Maschine ab- oder zunimmt, infolgedessen also die Bremse mitgenommen werden, wodurch der Hebelarm l (Fig. 1) kleiner, das neue Moment P · l also ebenfalls kleiner wird, während das Reibungsmoment größer als das Moment der Umfangskraft geworden ist. Wird dagegen die Leistung der Maschine größer, so wird die Bremse zurückbleiben und der Bremshebel sinken, wodurch ebenfalls eine Abnahme des Belastungsmomentes stattfindet, da auch in diesem Falle der Hebelarm l kleiner wird. Die Bremse befindet sich im labilen Gleichgewicht, da der Schwerpunkt des ganzen Systems über der Wellenachse liegt, wodurch starke Schwankungen und plötzliche Ausschläge bewirkt werden. Um zunächst den Hebelarm l konstant zu halten, wird häufig am Ende des Bremshebels ein bogenförmiges Stück (Fig. 3) angebracht, an dem das Gewicht hängt. Um ferner die Bremse anstatt im labilen im stabilen Gleichgewicht zu halten und beim Ausschlag der Bremse eine der Aenderung des Kraftmoments entsprechende Aenderung des Belastungsmoments zu erzielen [4], wird der Bremshebel auch wohl, wenn die örtlichen Verhältnisse es ermöglichen, unter die horizontale Wellenachse gelegt. Um endlich die Backenbremsen selbst in die Lage zu versetzen, sich jeder Aenderung der zu bremsenden Leistung (innerhalb gewisser Grenzen) anzupassen, sind solche mit selbsttätiger Spannungsregulierung konstruiert worden. Bei der Anordnung von Brauer (Fig. 3) geschieht die Selbstregulierung durch das am Hebel G angreifende Seil H bezw. die Feder J, die durch die Schraube K eingestellt wird.

Eine sehr sinnreiche, allerdings auch etwas komplizierte Konstruktion einer Backenbremse, die gleichfalls selbstregulierend wirkt, ist diejenige von Marcel Deprez [6], die auf einer Veränderung der Normaldrücke der beiden Bremsbacken gegen die Scheibe beruht. – Ein Hauptnachteil der Backenbremsen ist auch die außerordentlich geringe Wärmeabgabe an die äußere Luft oder Luftkühlung und die hierdurch bedingte starke Wasserkühlung. Da nun Holz eine sehr geringe Wärmeleitung besitzt, so geht hieraus ohne weiteres hervor, daß es vorteilhaft ist, an Stelle der Backenbremsen die Bandbremsen zu verwenden, deren dünne Stahlbänder eine große Wärmeabgabe ermöglichen. Dieselben besitzen gegenüber dem Pronyschen Zaum und den aus ihm hervorgegangenen Konstruktionen der Backenbremsen aber noch manche andre[196] Vorzüge, so der leichteren Anbringung und Handhabung, des Fortfalls einer besonderen Bremsscheibe, des Fortfalls der Wasserkühlung und der dadurch verursachten Unannehmlichkeiten, der größeren Dauerhaftigkeit, der leichteren Selbstregulierung, des geringeren Gewichts, der wesentlich geringeren Gefährlichkeit der Handhabung gegenüber dem Pronyschen Zaum u.s.w.

Zur Erklärung der Wirkungsweise der Bandbremsdynamometer diene das Naviersche Bremsdynamometer (Fig. 4). Um die zu bremsende Scheibe A, die auf der Maschinenwelle sitzt, ist ein Riemen gelegt, der auf der einen Seite ein Gewicht P trägt, auf der andern Seite mit einer am Fußboden beteiligten Federwage verbunden sei und auf dieselbe den Zug p ausübe. Die Spannungen in den beiden vertikalen Riemenenden seien mit S₁ und S₂ bezeichnet, so ist ohne weiteres S₁ = P und S₂ = p. Nach bekannten Lehrsätzen der Mechanik ist nun S₁ = S₂ e^{μ · α} und S₁ – S₂ = R, worin e die Basis der nat. Logarithmen 2,71828 ..., μ den Reibungskoeffizient zwischen dem Riemen und der Scheibe, α die Länge des vom Riemen umspannten Bogens und endlich R die Umfangskraft, also die zur Bremsung der Maschine erforderliche Reibung bezeichnet und letztere sich aus der Gleichung N_e = 0,001396 R · r · n oder der Gleichung R = 716,2 · N_e/r · n berechnet. Aus den vorstehenden Gleichungen folgt nun R = S₂ (e^μα – 1) und N_e = 0,001396 S₂ (e^μα – 1) · r · n. Hieraus folgt, daß bei konstanten Werten von r, n, μ und α eine Aenderung der Leistung N_e auch eine Aenderung der Spannung S₂ und also auch von S₁ zur Folge hat und man die Leistung daher berechnen kann, wenn man S₁ oder S₂ ermittelt, was durch Gewichte oder Federwagen geschieht. Auf einem ähnlichen Prinzip beruhen die Dynamometer von Imray und von Amsler.

Den Uebergang von den vorerwähnten Konstruktionen zu dem gegenwärtig wohl am meisten angewendeten Bremsdynamometer von Brauer bildet das Balksche Dynamometer [7], Fig. 5, bei dem ein mit Holz gefüttertes Eisen- oder Stahlband um die Bremsscheibe gelegt ist, dessen beide Enden an einem durch ein Reguliergewicht p belasteten Hebel A derartig angreifen, daß das mit der Spannung S₁ angespannte Bandende innerhalb des mit der Spannung S₂ (S₁ > S₂₎ angespannten liegt. Am Umfang des Bandes ist ein das Belastungsgewicht P tragender Riemen befestigt, so daß das letztere stets in konstantem Abstand r₁ vom Wellenmittel wirkt, das Moment P · r₁ also konstant bleibt. Durch Veränderung des Reguliergewichts p oder Verschiebung eines konstanten Gewichts auf dem Hebel A können die Spannungen S₂ und also auch S₁ verändert werden.

Das Brauersche Bremsdynamometer (Fig. 6 und 7) [6] hat an Stelle des mit Holz gefütterten Bandes ein dünnes Stahlband. Ferner liegt der Hebel A an derselben Seite der Bremse wie das Belastungsgewicht, und es ist an Stelle des Reguliergewichtes p der Zug einer Feder B angewendet, deren Spannung durch Anziehen oder Nachlassen einer mit einer Flügelmutter C versehenen Schraube D leicht, bequem und absolut gefahrlos reguliert werden kann. Das Belastungsgewicht P ist am einen Ende des Bremsbandes bei E aufgehängt und ist also auch hier das Belastungsmoment stets konstant gleich P · r Das andre, schwächergespannte Bandende greift bei F an dem Hebel A an. Bezeichnen wieder S₁ und S₂ die Spannung in den beiden Bandenden, so ist wieder die Umfangsreibung R = S₁ – S₂ und P · r = R · r₀ (r₀ Halbmesser der Bremsscheibe). Die Leistung berechnet sich wieder aus der Gleichung Ne = 0,001396 · P · r · n. Ein Hauptvorzug der Brauerschen Bremse ist die Selbstregulierung derselben. Angenommen, es sei das Reibungsmoment M_r = R · r₀ kleiner als das Belastungsmoment M_q – Pr, so genügt dasselbe nicht mehr, um das Gewicht P zu tragen, und letzteres sinkt. Hierbei kommt der Hebel A in die in Fig. 6a gezeichnete Lage, der Zug Z der Feder B zieht hierbei den Hebel nach oben, wodurch die Bremse stärker angespannt, die Reibung also vergrößert und die ganze Bremse wieder gehoben wird. Ist dagegen das Reibungsmoment größer als das Belastungsmoment, so wird das Gewicht P und der Bremshebel A gleichfalls gehoben und kommt letzterer in die in Fig. 6b gezeichnete Stellung. Da das rechte Ende desselben durch die am Fußboden befestigte Schnur F verhindert ist, sich nach oben zu bewegen, so wird der Endpunkt des Hebels als Drehpunkt für eine Rechtsdrehung desselben dienen, wodurch ein Nachlassen der beiden[197] Bandenden, also eine sofortige Verminderung der Reibung und infolge der geringeren Reibung wieder ein Niedersinken der Bremse bewirkt wird. Bei richtiger Einstellung der Bremse wird dieselbe daher nur sehr geringe Schwingungen um ihre Gleichgewichtslage ausführen und mit großer Genauigkeit die mittlere Leistung der Maschine ermitteln lassen. Zwei am Fußboden beteiligte Sicherheitsteile G und H verhindern ein zu weites Ausschlagen der Bremse, die an derselben beteiligten Schuhe J J dagegen ein seitliches Herabgleiten von der Bremsscheibe. Die Beteiligung der Bremsscheibe auf einer auf der Maschinenwelle sitzenden Riemenscheibe ist aus Fig. 6 gleichfalls zu erkennen. Die Brauersche Bremse gestattet das Abbremsen einer Maschine direkt mittels des Schwungrads, in welchem Fall nur ein größeres Bremsband anzuwenden ist. Auch zum Abbremsen von mit Seilscheibe versehenen Maschinen eignet sich dieselbe, in welchem Falle an Stelle des Bandes eine Anzahl in die Seilrillen eingelegter Drähte verwendet wird, die an ihrem Ende durch Querstücke zusammengehalten sind. Eine neuere Ausführungsform der Brauerschen Bremse ist in Fig. 7 abgebildet und nach dem vorher Gesagten ohne weitere Erklärung verständlich. Bei dem auf demselben Prinzip beruhenden Dynamometer von Degn in Hannover (D.R.P. Nr. 94718) wird der Druck zwischen Bremsband und Scheibe durch die an Größe und Richtung schwankende Kraft geregelt, die nötig ist, um zwei Wagebalken, von denen der eine seinen Schwerpunkt durch Anbringung eines lotrecht stehenden Gegengewichts über seiner Drehachse, der andre mit Hilfe desselben Mittels unter seiner Drehachse hat, bei wechselnden Ausschlagen in solcher gegenseitiger Lage zu erhalten, daß die Lage ihres gemeinsamen Schwerpunktes nicht geändert wird. Hierdurch wird zunächst erreicht, daß die Regelung innerhalb sehr weiter Grenzen selbsttätig erfolgt, sodann daß die zur selbsttätigen Regelung erforderliche Kraft auf die Richtigkeit der Messung keinen Einfluß ausübt, und endlich, daß ein Festsetzen der Bremse ausgeschlossen ist, weil bei einem größeren Ausschlag die eine Gewichtsschale sich auf den Boden aufsetzt, wodurch das Bremsband vollständig entspannt wird.

Ein neues, recht originelles, aber etwas kompliziertes Bremsdynamometer ist das von Carpenter konstruierte (Fig. 8 und 9). Um die aus zwei Teilen begehende Bremsscheibe ist zunächst ein dünnes Stahlband B, auf dieses ein an beiden Enden geschlossenes, mit seitlichen Ansätzen versehenes, flaches und dünnwandiges Kupferrohr C und auf dieses ein zweites Stahlband D gelegt. Das eine Ende des untersten Bandes ist mit dem oberen Band verbunden, während die beiden Enden des letzteren durch ein Handrädchen E und eine Schraube F zusammengezogen werden können, so daß die Spannung im äußeren Bande genau reguliert werden kann. Auf den beiden an die Enden des Kupferrohrs anschließenden Rohransätzen G und H sitzen zwei Regulierventile J und K, durch die Wasser in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung in das Kupferrohr ein- und ausgelaufen werden kann. Das innerste Stahlband wird hierbei durch den Wasserdruck in dem sich ausdehnenden Kupferrohr gegen den Umfang der Bremsscheibe gedrückt und erzeugt hier die zur Bremsung der Maschine erforderliche Reibung, während das äußere Band nur dazu dient, das Kupferrohr zusammenzuhalten. Zwei am äußeren Bande befestigte Schrauben L₁ und L₂ sind durch eine Platte M zusammengehalten und üben auf eine Wage N einen der Leistung der abzubrennenden Maschine entsprechenden Druck aus. Der letztere kann auch durch ein auf einem doppelarmigen Hebel A (Fig. 9) verschiebbares Laufgewicht Q gemessen werden, wobei die Gleichungen P · l = R · r, P · a = Q · b, Q = R · r/l · a/b und N_e = 0,001396 · P · l · n = 0,001396 Q · b/a · l · n bestehen. Durch die Ventile kann der Zu- und Abfluß des Wassers in das Kupferrohr und dadurch die Pressung des Bandes B gegen den Umfang der. Bremsscheibe sehr genau reguliert werden, und das im Kupferrohr enthaltene Wasser dient außerdem zur Kühlung der Bremse, worin wohl ein Hauptvorzug der sonst ziemlich komplizierten und kostspieligen Konstruktion beruhen dürfte. Bei dem Bremsdynamometer von Gimborn (D.R.P. Nr. 149661) wird eine vom Motor angetriebene Riemenscheibe von einer oder von beiden Seiten direkt oder unter Zwischenschaltung einer zweiten Riemenscheibe, die zum Antrieb von Arbeitsmaschinen dienen kann, durch eine oder durch zwei mittels Schraubendruckes angepreßte Bremsscheiben erfaßt, welch letztere durch Hebung einer Belastung unabhängig von dem durch die Schmierung wechselnden Reibungskoeffizienten beständig gleichmäßig bremsend auf die vom Motor getriebene Scheibe einwirken.

B. Transmissionsdynamometer. Bei denselben wird entweder ein Riemen zwischen Transmission und Arbeitsmaschine eingeschaltet und seine Spannung gemessen oder der Teilkreisdruck eines gleichfalls in die Transmission eingeschalteten Zahnradgetriebes gemessen und hieraus durch Multiplikation mit der Riemen- bezw. Teilkreisgeschwindigkeit die Arbeit berechnet.[198] Eine der ältesten Konstruktionen der letzteren Art ist das in Fig. 10 abgebildete Differentialdynamometer von White, das seinen Namen von dem eigenartigen, dem Differentialgetriebe nachgebildeten Mechanismus hat und aus zwei einander rechtwinklig kreuzenden Wellen BB und CD, zwei festen und zwei losen Riemenscheiben S₁ S₂ und S₁' S₂' sowie vier Kegelrädern, zwei größeren R₁ R₃ und zwei kleineren R₂ R₄ besteht, welche letzteren alle vier miteinander im Eingriff sind. Die beiden Riemenscheiben S₁ und S₂ sind mit den Kegelrädern R₁ bezw. R₃ durch gemeinsame hohle Naben fest verbunden, können sich jedoch lose auf der Welle B B drehen. Die beiden kleineren Kegelräder R₂ R₄ sind auf der Schwinge C D lose drehbar und dienen nur zur Kraftübertragung zwischen R₁ und R₃. Die Schwinge C D hat in der Mitte eine Hülfe H, durch welche die Welle B B hindurchgesteckt ist und mittels deren die Schwinge um die Welle B B schwingen kann. Ein am äußeren Ende von C D angebrachtes Gegengewicht G dient zur Ausbalancierung der Schwinge, während mittels eines am rechtsseitigen Ende angehängten Belastungsgewichtes Q die übertragene Kraft gemessen wird, indem das Gewicht den Momenten der beiden nach aufwärts gerichteten Zahndrücke A und E und der nach abwärts gerichteten Drücke bei A₁, und E₁ das Gleichgewicht hält (Berechn. [1], S. 847).

Auf demselben Prinzip wie das Whitesche Dynamometer beruht das totalisierende Dynamometer von Richard in Paris, das ebenso wie das den Zahndruck eines in die Transmission eingeschalteten Zahngetriebes messende Dynamometer von Hartig zu den totalisierenden Dynamometern gehört.

Zu den bekannteren Riemendynamometern gehören jene von Elihu Thompson und Hefner-Alteneck. Diese beiden beruhen auf der Messung der Umfangskraft bezw. des Riemenzuges aus der Differenz der Riemenspannungen S₁ und S₂. Das erstere, in Fig. 11 dargestellte Dynamometer besitzt zwei gleichgroße Scheiben A und C und eine kleinere Scheibe B, über die ein endloser Riemen läuft, der in der Mitte zwischen A und C durch zwei Spannrollen D und E in der aus der Figur ersichtlichen Weise zusammengedrückt wird. Infolge der verschiedenen Riemenspannung S₁ und S₂ im ziehenden und gezogenen Trum wirkt auf die untere Spannrolle eine Kraft Q₁ = 2 S₁ · cos α, auf die obere eine Kraft Q₂ = 2 S₂ · cos α, deren Differenz Q₁ – Q₂ = P der Umfangskraft an der ziehenden Scheibe A ist. Die Differenz Q₁ – Q₂ wird durch das Laufgewicht Q₀ abgewogen, während das Moment g · l zur Ausbalancierung des Rahmen- und Rollengewichtes des Dynamometers dient. – Das Dynamometer von Hefner-Alteneck (Fig. 12) beruht auf demselben Prinzip wie das vorbeschriebene, nur wird die Differenz der Riemenspannungen nicht durch Gewichte ermittelt, sondern durch die Spannung einer mit einem Zeiger verbundenen Feder gemessen. Der von der Transmission bezw. Kraftmaschine zur Arbeitsmaschine gehende Riemen läuft über sieben Rollen R₀ bis R₆, von denen sechs in einem Rahmen fest gelagert sind, während die siebente Rolle R₀ an einer um die Achse von R₅ drehbaren Gabel A befestigt ist. Infolge des Ueberdrucks der Resultierenden Q₁ (Fig. 12a) aus den beiden Spannungen S₁ über Q₂ wird die Rolle R₀ und mit ihr der Rahmen A nach oben gedrückt, der Zeiger Z des Hebels B dagegen aus seiner Mittellage nach unten bewegt. Hierbei wird die Feder F, die am vorderen Ende der Gabel A angreift, angespannt. Durch Drehung der mit dem Handrädchen D versehenen, mit der Feder verbundenen Schraube kann nun der Zeiger auf der Skala E so lange nach unten verschoben und gleichzeitig der Hebel B nach oben bewegt werden, bis der Zeiger Z wieder die horizontale Lage des Hebels B anzeigt. An der empirisch durch Belastungen des Dynamometers mit an Riemen hängenden Gewichten bestimmten Skala E kann nun sofort die der Riemenspannungsdifferenz Q₁ – Q₂ entsprechende Umfangskraft P abgelesen werden. Das am linken Ende des Hebels B befindliche Gewicht G dient zur Ausbalancierung der Rolle R₀, der Gabel A und der übrigen beweglichen Teile. Zu letzteren gehört der am Ende der Gabel befestigte Kolben K, der sich in dem mit Glycerin oder dergl. gefüllten Zylinder C auf und nieder bewegt und zu heftige und momentane Schwankungen der Gabel verhindern, also bremsend wirken soll. Aus der an der Skala abgelesenen Umfangskraft P und der Riemengeschwindigkeit v in Metersekunden ergibt sich wieder die übertragene Leistung aus der Gleichung: N_e = P · v : 75.

Ein Nachteil des Hefner-Alteneckschen Riemendynamometers ist das ziemlich große Gewicht und die dadurch bedingte Schwierigkeit der Handhabung desselben sowie das ziemlich[199] umständliche Einbringen der Riemen zwischen die Rollen. Einige andre Ausführungen von Riemendynamometern s. D.R.P. Nr. 35319 von Donat Banki in Budapest, Nr. 81045 von Amsler-Laffon in Schaffhausen und Nr. 104522 von Westphal in Charlottenburg.

Ein Transmissionsdynamometer, bei dem die übertragene Kraft durch die Durchbiegung einer in den Apparat eingeschalteten Feder auf optischem Wege gemessen wird, ist das Dynamometer von Rateau [10] (Fig. 13). Die Blattfeder A ist in die Welle eingesetzt und greift oben und unten in je eine Nut B der lose auf der Welle sitzenden, von der Kraftmaschine oder Transmission angetriebenen Riemenscheibe C. Die stärkere oder geringere Durchbiegung der Feder bewirkt eine mehr oder weniger große Verdrehung einer auf der Welle drehbaren, mit einem Spiegel D versehenen Platte E. Die von einer Lichtquelle kommenden und durch ein kleine Oeffnung F (Fig. 13a) und eine Linse G auf den Spiegel fallenden Lichtstrahlen werden auf eine Skala HJ geworfen und bei richtiger Tarierung der letzteren kann auf ihr direkt die der Federdurchbiegung proportionale Umfangskraft oder die übertragene Leistung für eine bestimmte Einheit der Geschwindigkeit abgelesen werden. Das Tarieren der Skala geschieht durch Gewichte, mittels deren die Welle bei festgehaltener Riemenscheibe belastet wird. Das Rateausche Dynamometer ist außerordentlich empfindlich, nur müssen für sehr verschiedene Leistung verschieden starke Blattfedern angewendet werden, damit die Durchbiegungen derselben nicht zu groß werden. Auf der nach der rechten Seite hin verlängerten Welle sitzt die zur Arbeitsmaschine führende Scheibe, oder die Dynamometerwelle wird direkt mit der Hauptantriebswelle der Arbeitsmaschine verkuppelt. Das Rateausche Dynamometer kann auch lokalisierend arbeiten, indem der Lichtstrahl vom Spiegel auf eine mit lichtempfindlichem Papier versehene, durch ein Uhrwerk bewegte Trommel fällt.

Bei dem Arbeitsmesser der Leipziger Werkzeugmaschinenfabrik vormals Pittler (D.R.P. 134846) sind mehrere diametral zwischen den kraftmessenden Federn angeordnete Spiralfedern vorhanden, die in gleichgerichteten Windungen an der Riemenscheibe und der Arbeitswelle angebracht sind, so daß die Federn nur auf Zug beansprucht werden und eine Ausgleichung ihrer Schwerpunktslage zur Drehachse herbeigeführt wird. Aehnliche Ausführung s. D.R.P. Nr. 119437, bei der ebenfalls zwei durch Federn verbundene Uebertragungsteile vorhanden sind, deren gegenseitige Verdrehung durch geeignete Flächen in die Längsbewegung eines Teiles der Zeigervorrichtung verwandelt und durch eine Räderübersetzung diese Längsbewegung vergrößert wird, sowie D.R.P Nr. 123452, ein Handbremsdynamometer, das auf eine zu bremsende Welle aufgeschoben und mit einem Handgriff gehalten wird, wobei auf einem Zifferblatt sofort die Tourenzahl und die Leistung in Zentimeter/Kilogramm bezw. Pferdestärken abgelesen werden kann.

2. Totalisierende Dynamometer beruhen im allgemeinen auf denselben Prinzipien der Kraftmessung wie die momentan wirkenden Dynamometer, also der Deformation einer in die Transmission eingeschalteten Feder oder der Messung des Zahndruckes eines Zahngetriebes. Zur Totalisierung sind dieselben noch mit einer Registriervorrichtung versehen, die meistens aus einem auf und nieder beweglichen Schreibstift und einer durch ein Uhrwerk gedrehten Papiertrommel zur Aufnahme des Diagramms besteht.

Das Dynamometer von J. Amsler-Lasson & Sohn in Schaffhausen [11] besteht aus zwei auf den zusammenstoßenden Wellenenden einer Transmission aufgekeilten Armen, an deren gegabelten Enden je eine Feder befestigt ist. Die Uebertragung der Kraft von einer Welle auf die andre hat eine Zusammendrückung der Federn zur Folge, wodurch ein mit dem einen Arm verbundener Schreibstift auf einer an dem andern Arm befestigten, durch einen Schaltmechanismus gedrehten Papiertrommel eine die jeweilige Zusammendrückung darstellende Kurve beschreibt, aus der mit Hilfe einer dem Instrumente beigegebenen Skala bei bekannter Umdrehungszahl der Welle die übertragene Leistung ermittelt werden kann. Eine andre Form des Amslerschen Dynamometers (1894) ist aus Fig. 14 zu ersehen, bei der die Registriervorrichtung stillsteht und der Schreibstift durch ein zwischen beiden Armen angebrachtes, über eine kleine Rolle laufendes dünnes Stahlband und Einwirkung desselben auf einen am Registrierapparat befestigten Hebel bewegt wird. Der in Fig. 14 neben dem linksseitigen Lager zu sehende Registrierapparat empfängt seine Bewegung nicht mehr durch das Dynamometer selbst, sondern durch ein in der Papiertrommel befindliches Uhrwerk. Aehnliche Anordnung, jedoch mit umlaufendem Registrierapparat, zeigen die Kraftmesser von Wood in New York (D.R.P. Nr. 71605) und Schlüter in Gaarden-Kiel[200] (D.R.P. 112203). Bei letzterer Anordnung bestimmt die Zusammenpressung der Federn der Stand eines Kontaktröllchens auf einer Widerstandsrolle, so daß durch die Stellung dieser Rolle auf einem mit dem Kraftmesser verbundenen Meßinstrument (Kraftmanometer) direkt die über tragenen Pferdestärken angezeigt werden.

Das bereits erwähnte Dynamometer von Hartig [12] mißt die von der Kraftmaschine an ein ziemlich kompliziertes Räderwerk übertragene Umfangskraft durch die größere oder geringere Ausbiegung einer Blattfeder, welche Durchbiegung auf einem Registrierapparat in verkleinerten: Maßstabe aufgezeichnet wird, woraus sowohl die jeweilige Umfangskraft als auch die Gesamtarbeit während einer gewissen Zeit leicht zu ersehen ist.

Das totalisierende Dynamometer von Richard frères in Paris (Fig. 15–18) [13] beruht hinsichtlich der Messung der übertragenen Kraft auf dem Prinzip des Whiteschen Dynamometers, nur ist ein konisches Rad fortgelassen und findet die Messung der Teilkreiskraft in den konischen Rädern nicht durch Wägung, sondern manometrisch statt. Das Ende der um A drehbaren Schwinge B stützt sich auf eine mit Wasser gefüllte und durch eine Lederscheibe F (Fig. 16) abgedichtete Dose C, von der ein Rohr G zu einem den jeweiligen Zahndruck anzeigenden, empirisch tarierten Registrierapparat führt, dessen äußere Anordnung aus Fig. 17 ohne weitere Erklärung verständlich ist. Zur Messung der Umdrehungsgeschwindigkeit dient der in Fig. 18 dargestellte, als Kinemometer bezeichnete Mechanismus. Die von einer auf der Dynamometerwelle W sitzenden Schnurscheibe H (Fig. 15) angetriebene Schnurscheibe J erteilt der Friktionsscheibe A (Fig. 18), Welle B und Schnecke C eine der Umfangsgeschwindigkeit des Dynamometers genau gleiche und mit ihr veränderliche Umfangsgeschwindigkeit, an der durch das Schraubenrad H auch die beiden Schraubenräder E und G teilnehmen, zwischen denen sich die auf einer horizontalen, in der Achsenrichtung verschiebbaren Welle H sitzende Schraube sowohl drehen als auch mit der Welle axial verschieben kann. Am andern Ende der Welle sitzt eine kleine Rolle K, die durch die Planscheibe L in der aus den Pfeilen 1 und 3 ersichtlichen Richtung gedreht wird. Die Bewegung der letzteren erfolgt von der konischen Friktionsscheibe A auf die kleine, ebenfalls konische Scheibe O, auf deren Welle der Regulator N und das Rädchen M sitzen, welch letzteres in eine am Umfang, der Scheibe L befindliche Verzahnung eingreift. Bei Zunahme der Geschwindigkeit von A und O schlägt der Regulator aus, hebt die Scheibe O und bringt dieselbe außer Eingriff mit A, worauf die Geschwindigkeit des Regulators rasch wieder abnimmt und der Eingriff wiederhergestellt wird. Während nun eine Drehung von E in der Richtung des Pfeiles 2 die Schraube F nach rechts zu ziehen sucht, schraubt das Rädchen K bei seiner Drehung im Sinne des Pfeiles 3 die Schraube aus den als Mutter wirkenden beiden Schraubenrädern E und G nach links. Einem bestimmten Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit im Sinne der Pfeile 2 und 3 wird demnach ein ganz bestimmter Abstand des Rädchens K vom Mittelpunkt der Scheibe L entsprechen, der durch einen am rechten Ende der Schraube F angebrachten Uebertragungsmechanismus und einen Schreibstift auf einem Registrierapparat, der im Gehäuse E (Fig. 15) angebracht ist, markiert wird. Jede Aenderung der Geschwindigkeit des Dynamometers wird dem nach eine Veränderung des Abstandes der Rolle K vom Scheibenmittelpunkt und demnach auch eine Richtungsänderung in der Geschwindigkeitskurve zur Folge haben. Da die letztere die Geschwindigkeit im Dynamometer in jedem Moment, der in Fig. 17 abgebildete Registrierapparat dagegen die zugehörige Umfangskraft angibt, so läßt sich aus beiden sowohl die Leistung in jedem Moment des Versuchs als auch die mittlere Leistung während einer bestimmten Zeit mit großer Genauigkeit berechnen, da die Konstanten des Instruments sowie die Maßstabe der beiden aufgezeichneten Diagramme bei jedem Instrument bekannt sind.[201]

Literatur: [1] Grashof, Theoretische Maschinenlehre, Hamburg und Leipzig 1883, Bd. 2, S. 830. – [2] Compt. rend. d. 1. soc. minerale, 1890, S. 137. – [3] Kovarik, Ueber Dynamometer, Wochenschr. d. österr. Ing.- u. Arch.-Ver. 1891, S. 301, 367. – [4] Kablitz, Ueber die Benutzung des Pronyschen Zaumes, Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1893, S. 1327. – [5] Brauer, Ueber Bremsdynamometer und verwandte Kraftmesser, Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1888, S. 60. – [6] Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1881, S. 334. – [7] Engineering, Bd. 4, S. 194; Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1881, S. 329. – [8] Iron Age 1893, S. 1077; American Machinist, 8. März 1894, S. 10. – [9] Rühlmann, Allgem. Maschinenlehre, 2. Aufl., Braunschweig 1876, Bd. 1, S. 230; Civilingenieur, 8. Bd., 1862, S. 358, und Weisbach-Herrmann, Ing.-Mechanik, Bd. 2, S. 296. – [10] Compt. rend. d. 1. soc. de l'industr. 1890, S. 144, Taf. 16. – [11] Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1892, S. 1510. – [12] Rühlmann, Allgem. Maschinenlehre, 2. Aufl., Braunschweig 1876, Bd. 1, S. 232; Grashof (a. oben u. [1] a. O.), S. 848. – [13] Dynamometer de Rotation d. M. Richard frères, Génie civil 1891 92, Bd. 20, S. 395; Schröter, M., Messung mechanischer Arbeit, in Kittlers Handbuch der Elektrotechnik, 2. Aufl., Bd. 1, S. 433 ff., Stuttgart 1892; Huberts einstellbare Bandbremse mit selbsttätiger Verhütung des Festbrennens während des Betriebes, Elektrotechn. Zeitschr. 22, S. 339–341; Simon, Dynamometer mit Flüssigkeitsdruckwerk, Elektr. Anzeig. 18, S. 769; Rieter, Elektrisches Präzisionsdynamometer, bei dem die dem Dynamo zugeführte mechanische Arbeit in elektrische Energie und diese unmittelbar in Wärme umgesetzt wird, Elektrotechn. Zeitschr., 22, S. 194–196; Wasserdynamometer, American Machinist, 25, S. 1220; Elektrische Bremsdynamometer, Elektrotechn. Zeitschr. 23, S. 630; ebend. S. 467–468; Riemendynamometer d. Allen. Railr. Gaz., 46, S. 417; Wasserdynamometer, bei dem die Kraft an dem Widerstand einer im Wasser sich bewegenden, mit Flügeln versehenen Trommel gemessen wird; Uhlands Techn. Rundsch. 1903, 3, S. 4–5; die Dynamometer von Renard, Industr. électr., 12, S. 269; Zahndruckdynamometer zur Kraftbedarfsermittlung für Spinnereimaschinen, Textilztg. 1903, S. 635.

v. Ihering.

Fig. 1.

Fig. 2.

Fig. 3.

Fig. 4.

Fig. 5.

Fig. 6.

Fig. 6a., Fig. 6b.

Fig. 7.

Fig. 8., Fig. 9.

Fig. 10.

Fig. 11., Fig. 12., Fig. 12a.

Fig. 13.

Fig. 13a.

Fig. 14.

Fig. 15.

Fig. 16.

Fig. 17.

Fig. 18.