Arbeitsdiagramme der Flachform-Maschinen. Von August König, Würzburg. (Fortsetzung von S. 541 d. Bd.) Arbeitsdiagramme der Flachform-Maschinen. 3. Kapitel: Versuche. Aufnahme von Arbeitsdiagrammen. Allgemeines. Versuchsanordnung und kurze Beschreibung der verwendeten Apparate. An Hand ausgeführter Versuche sollen nun die vorstehenden theoretischen Betrachtungen bestätigt werden. Die angestellten Versuche bezweckten, die inneren Arbeitsvorgänge von Schnellpressen unter den verschiedensten Verhältnissen zu ermitteln. Um die auftretenden Belastungsänderungen, hervorgerufen durch die Massenwirkungen von Karren und Zylinder, erkenntlich zu machen, wurde die Presse durch einen Elektromotor angetrieben. Da bekanntlich die Belastung eines Motors nur von der zu leistenden Arbeit abhängt, so muss sich der wechselnde Kraftbedarf der Presse auch auf den Antriebmotor übertragen und bei Voraussetzung konstanter Betriebsverhältnisse sonach zu entsprechenden Stromschwankungen Veranlassung geben. Diese Aenderungen der Stromstärke können daher ohne weiteres zur Beurteilung der in dem Maschinen sich abspielenden Arbeitsvorgänge herangezogen werden. Es handelte sich nun darum, diese Stromänderungen ersichtlich zu machen. Obwohl an einem eingeschalteten Amperemeter bereits die charakteristischen Stromumkehrpunkte für eine volle Druckperiode noch deutlich abzulesen waren, so genügte dies immerhin nicht, um sich über den Verlauf der inneren Arbeitsvorgänge ein genaues Bild machen zu können. Aus diesem Grunde wurde ein Registrierinstrument neuester Konstruktion (mit Funkenregistrierung) verwendet, welches für vorliegende Zwecke besonders geeignet schien. Dieses Instrument besteht im wesentlichen aus einem auf einer Grundplatte befestigten Messinstrument (nach System Deprenz-d' Arsonval) und einer Registriervorrichtung, welche in der nach unten ausziehbaren Kassette enthalten ist (vergl. Fig. 21). Infolge des fast aperiodisch gedämpften, leicht und schnell schwingenden Systems entspricht die Zeigereinstellung tatsächlich der augenblicklich vorhandenen und durch die Presse bedingten Stromstärke. Die Registrierung geschieht durch einen dauernd überspringenden Funkenstrom (zwischen Papierstreifen und Zeiger), der das ablaufende Papier an der jeweiligen Stelle durchschlägt, wobei aber der Zeiger nur zur Ueberbrückung des Funkenstromes dient. Dadurch ist erzielt, dass der Registriermechanismus nicht die geringste Reibung auf das System ausübt und daher die Aufzeichnungen sehr genau werden. Textabbildung Bd. 321, S. 556 Fig. 21. Funkenregistrieramperemeter zur Aufnahme der Stromdiagramme. Der Funken wird durch einen kleinen, in der Kassette untergebrachten und selbsttätig arbeitenden Funkeninduktor erzeugt. Das Speisen dieses Induktors erfolgt am besten durch einen viervoltigen kleinen Akkumulator, dem zwecks Einstellung des Funkenstromes auf beliebige Stärke ein entsprechender Vorschaltwiderstand beigegeben ist. Der Papierstreifen bewegt sich i. d. Minute um 12 cm, was durch ein Uhrwerk mit Präzisionsunruhe bewirkt wird. Es entspricht also einem Papiertransport von 1 mm ein Zeitraum von ½ Sekunde. Der Papierstreifen ist mit parallelen Kreisbögen bedruckt, welche auf der durchlochten (linken) Seite die Zahlen 0, 6, 12, 18 usw. als Sekunden tragen. Weiss man sonach den Verlauf des Diagramms für eine ganze Umdrehung der Kurbelwelle (Hin- und Rückgang), was bei den vorhandenen charakteristischen Umkehrpunkten sehr leicht und einfach festzustellen ist, so kann man auf diese Weise auch rückwärts aus den aufgenommenen Kurven die Geschwindigkeit der Presse berechnen. Das Instrument ist für einen Messbereich von 10 bezw. 30 Amp. gebaut, so dass ein Teilstrich des Papierstreifens je nachdem 1,5 bezw. 3 Amp. entspricht. Bemerkt sei jedoch, dass alle angestellten Versuche für den maximalen Messbereich durchgeführt wurden und sonach bei Bestimmung der Stromstärke einem Teilstrich 3 Amp. entsprechen, was für die Auswertung der Diagramme wichtig ist. Zur Kontrolle der registrierten Stromstärken diente ausserdem ein Präzisionsamperemeter. Die Spannung (stets am Anker gemessen) wurde an einem Präzisionsvoltmeter abgelesen. Beide Apparate waren Hitzdrahtinstrumente von Hartmann & Braun, während der Registrierapparat von den Siemens-Schuckert-Werken geliefert wurde. Bei Durchführung der Versuche stellte es sich heraus, dass die infolge des wechselnden Kraftbedarfes der Presse bedingten grossen Stromschwankungen bereits bei normalem Betrieb so stark waren, dass deren Registrierung sehr undeutlich ausfiel. Die Bewegung des Zeigers ist eben eine zu schnelle, um die Wirkung des Funkens auf dem Papier noch mit blossem Auge deutlich erkennen zu können. Je grösser nämlich die Zeigerausschläge sind, desto weiter kommen auch die einzelnen, durch Ueberspringen der Funken auf dem Papier markierten Punkte von einander zu liegen und umso undeutlicher erkennt man den Verlauf der Kurven. Um die aufgenommenen Diagramme für das Auge besser sichtbar zu machen, mussten dieselben mit Bleistift nachgefahren werden (zum Teil unter Verwendung einer Lupe), worin speziell für den vorliegenden Fall ein Nachteil der Funkenregistrierung gegenüber den Farbschreibern zu erblicken ist. §. 1. Allgemeine Versuche an einer Kreisbewegungsmaschine bei Leerlauf (ohne Satzform). a) Leerlaufdiagramm des Antrieb-Motors. Für die Beurteilung des Kraftbedarfes der untersuchten Maschine war es erforderlich, den Eigenverbrauch des Motors zu kennen. Seine Umdrehungszahl wurde der normalen Geschwindigkeit der Presse entsprechend einreguliert, mit welcher Geschwindigkeit alle Versuche ausgeführt wurden (η = 1 : 6 und 17 Bogen i. d. Minute). Das Diagramm (Fig. 22) zeigt einen nahezu gleichbleibenden Verlauf der Stromstärke von 4½ Amp. (bei einer Betriebsspannung von etwa 220 Volt Gleichstrom). Die kleinen Aenderungen rührten von der innerhalb gewisser Grenzen wechselnden Netzspannung her (verursacht durch das Ein- und Ausschalten anderer Motore). b) Diagramm vom Rädergetriebe allein. Um sicher zu gehen, dass das Rädergetriebe bei Kreisbewegungsmaschinen keinen Einfluss auf den Charakter der Arbeitskurve ausübt, wurde auch der Widerstand im Getriebe für sich ermittelt (ausser dem grossen, festliegenden Radring sind stets noch vorhanden: ein Paar konische Räder und zwei Paar Stirnräder). Das Diagramm (Fig. 23) zeigt auch hier einen sehr ruhigen Verlauf. Die kleinen Schwankungen, welche jetzt schon grösser wie vorher ausfallen, sind jedenfalls durch den ungleichen Eingriff der Räder bedingt und würden bei einer gut eingelaufenen Maschine ein Minimum betragen, Im vorliegenden Fall handelte es sich nämlich um eine ganz neue Maschine. Die mittlere Stromstärke betrug 6 Amp. und schwankte um etwa ½ Amp. auf und ab. Der mittlere Stromverbrauch ist also 6 – 4½ = 1½ Amp., was bei einer Spannung von 220 Volt einem Effektverbrauch von etwa ⅓ PS entspricht. Textabbildung Bd. 321, S. 557 Fig. 22. Leerlaufdiagramm des Antriebmotors. Textabbildung Bd. 321, S. 557 Fig. 23. Diagramm vom Rädergetriebe einer Kreisbewegungsmaschine. c) Beeinflussung des Diagramms durch die Zylinderbeschleunigung. Da es nicht ohne weiteres möglich ist, dem Zylinder für sich allein eine dem Sinusgesetz entsprechende Geschwindigkeit zu erteilen, so musste der Versuch indirekt ausgeführt werden und zwar dadurch, dass zunächst das Diagramm nur für den Karren und hierauf dasjenige für Karren und Zylinder aufgenommen wurde. Der Unterschied beider Diagramme rührt dann lediglich von der Mitnahme des Zylinders beim Hingang des Karrens her. 1. Diagramm für Karren allein (mit und ohne Schwungrad). Textabbildung Bd. 321, S. 557 Fig. 24. Diagramm bei Bewegung des Karrens allein ohne Verwendung eines Schwungrades. Wie schon erwähnt wurde, geht der Karren bei seinem Rückgang frei unter dem Zylinder hindurch, ohne denselben mitzunehmen. Erreicht ist dies dadurch, dass die Zähne der am Zylinder beiderseits angebrachten Zahnräder (in welche die am Karren befestigten Zahnstangen zwecks Antrieb des Zylinders eingreifen) in der Zylindertotlage entsprechend abgenommen sind. Um jedoch beim Hingang des Karrens die Mitnahme des Zylinders zu ermöglichen, ist ein sogenannter aufrechter Hebel (Doppelhebel) vorgesehen, der mittels einer durch Doppelexzenter bewegten Stange so gesteuert wird, dass der Zylinder genau die gleiche Geschwindigkeit erhält, als wenn er von Anfang an in die Zahnstangen eingreifen würde. Die Mitnahme des Zylinders selbst erfolgt dadurch, dass dieser Hebel in eine am Zylinder befestigte Rolle eingreift, wobei die letztere so angebracht sein muss, dass dieser Eingriff nicht in die Druckperiode fällt, da die im Augenblick des Eingriffs unvermeidlichen, wenn auch noch so geringen Erschütterungen die Güte des Druckes beeinflussen würden. Für die Durchführung des Versuches brauchte daher nur jene Rolle entfernt und der Zylinder so weit verdreht werden, dass die Räder mit den beiden Zahnstangen ausser Eingriff kommen. Der aufrechte Hebel konnte sich damit frei bewegen, ohne dass der Zylinder mitgenommen wurde. Der Versuch wurde zuerst ohne Schwungrad ausgeführt und ergab, dass die Stromschwankungen sehr gross ausfielen, obwohl die Geschwindigkeit der Presse nur auf eine Produktion von 17 Bogen i. d. Minute (statt auf 20 und 25 Bogen) eingestellt war (s. Fig. 24). Die Ausschläge selbst sind für Hin- und Rückgang nahezu die gleichen und liegen in den Grenzen von 0 und 13 Amp. Die geringe Verschiedenheit in den Ausschlägen selbst ist teils durch das Rädergetriebe und teils durch die verschiedenen Exzenterbewegungen (wie z.B. für Ausleger, Heber, Duktor, Greifer, Punktur, Anlegeapparat usw.) bedingt. Bei Verwendung eines 250 kg schweren Schwungrades (von etwa 1½ m Durchmesser) ändert sich das Diagramm sehr wesentlich (s. Fig. 25). Die Ausschläge liegen zwischen viel geringeren Grenzen; jedoch erkennt man aus dem ungleichen Verlauf der Kurven, dass, wie dies auch vorauszusehen war, das Schwungrad noch viel zu leicht bezw. das Uebersetzungsverhältnis von 1: 6 noch viel zu klein ist, um einen Ausgleich herbeiführen zu können. Textabbildung Bd. 321, S. 558 Fig. 25. Diagramm bei Bewegung des Karrens allein und Verwendung des normalen Schwungrades. 2. Diagramm von Karren und Zylinder mit und ohne Schwungrad. Die Presse lief leer, d.h. ohne Druck. Wie man aus dem Diagramm (Fig. 26) erkennt, sind die Ausschläge nun wesentlich grösser geworden und liegen jetzt zwischen – ½ und + 18 Amp. (gegenüber 0 und 13 Amp. vorher). Die grössten Ausschläge von 18 Amp. (als Mittelwert) treten beim Hingang des Karrens auf, wenn also der Zylinder mitgenommen wird. Beim Rückgang des ersteren sind die grössten Ausschläge nur etwa 14 Amp., also übereinstimmend mit dem vorigen Versuch. Während also die geringste Stromstärke in beiden Fällen nahezu die gleiche geblieben ist, unterscheiden sich dagegen die grössten auftretenden Stromschwankungen um etwa 5 Amp. Aus dem Diagramm für Bewegung des Karrens allein (Fig. 24) ergibt sich eine mittlere Stromstärke von etwa 6½ Amp., d.h. die Stromstärke schwankt um ± 6½ Amp. nach auf- und abwärts. Um dieses Diagramm mit jenem für Karren und Zylinder (Fig. 26) vergleichen zu können, muss auch hierfür dieselbe mittlere Stromstärke zugrundegelegt werden, woraus sich aber ergibt, dass jetzt beim Hingang ein Unterschied von 18 – 6½ = 11½ Amp. und 13 – 6½ = 6½ Amp. für Rückgang auftritt, das heisst aber nichts anderes, als dass durch die Zylindermitnahme ein Unterschied von 11½ – 6½ = 5 Amp. bedingt ist, also fast das Doppelte als durch den Karren allein. Dabei ist allerdings zu berücksichtigen, dass die in den Zylinderlagern auftretende Reibung eine Erhöhung der mittleren Stromstärke bedingt, so dass in Wirklichkeit der Unterschied nicht ganz so gross sein dürfte. Jedenfalls ist der Einfluss der Massenwirkungen des Zylinders ein ganz gewaltiger, was auch aus der Theorie bestätigt wurde. Textabbildung Bd. 321, S. 558 Fig. 26. Diagramm bei Bewegung von Karren und Zylinder ohne Verwendung eines Schwungrades – Leerlauf der Presse. Textabbildung Bd. 321, S. 558 Fig. 27. Diagramm bei Bewegung von Karren und Zylinder sowie Verwendung des normalen Schwungrades – Leerlauf der Presse. Bei Verwendung eines Schwungrades (von gleicher Grösse wie vorher) weist das Diagramm (Fig. 27) wieder einen viel ruhigeren Verlauf auf, jedoch sind die Stromschwankungen noch sehr gross, weshalb die Verwendung schwererer Schwungräder sehr nahe liegt. §. 2. Einfluss des Druckes (Zylinderpressung) auf das Diagramm. Um die Einwirkung des Druckes besser zu erkennen, wurde zuerst das Diagramm aufgenommen, wie es sich durch das Gewicht des Zylinders allein ergibt und dann bei normaler Zylinderpressung. a) Arbeitsdiagramm einer Schnellpresse, belastet durch das Gewicht des Zylinders (von 700 kg) allein. Der Versuch wurde in folgender Weise durchgeführt: Man brachte den Karren unter den Zylinder und liess den letzteren nun frei auf der Satzform aufliegen, so dass der Druck lediglich durch das Gewicht des Zylinders ausgeübt wurde. Um jedoch zu verhüten, dass sich dieser nach dem Durchgang der Form sowie beim Rückgang des Karrens senkt, mussten die beiden unteren Lagerschrauben leicht angestellt werden, desgleichen die oberen, damit beim Beginn des Druckes der Zylinder nicht gehoben wird und so im Lager vibrieren kann. Ohne Verwendung eines Schwungrades zeigte das Arbeitsdiagramm grosse Uebereinstimmung mit dem Diagramm (Fig. 26), welches zum Nachweis der Massenwirkungen von Karren und Zylinder aufgenommen wurde und zwar lagen die Stromschwankungen zwischen – ½ und + 19 Amp. Der Versuch hat also ergeben, dass der Zylinderdruck gegenüber den Massenwirkungen auf die inneren Arbeitsvorgänge von geringem Einfluss ist. Bei Verwendung eines Schwungrades lagen die Verhältnisse analog wie bei Leerlauf der Presse mit Schwungrad. Die Stromschwankungen betrugen 1½ und 16 Amp. als Höchstwerte, während sich die Mittelwerte zwischen etwa 4 und 12 Amp. bewegen. b) Arbeitsdiagramm bei starkem Druck. Die Druckstellung geschieht stets durch die oberen Schrauben im Lagerdeckel, indem mit den unteren Schrauben entsprechend zurückgegangen wird. Um jedoch ein Mass für den „aufgepressten Druck“ zu haben, wurde derselbe statt durch Schrauben mittels starker Plattfedern herbeigeführt welche zwischen Lagerschale und -Deckel eingespannt worden sind. Der Versuch selbst wurde im übrigen in genau gleicher Weise unternommen, indem man den Zylinder zunächst auf der Satzform aufliegen liess und durch Anziehen der Lagerdeckel die Federn herabpresste. Die unteren Schrauben, welche sich gegen die untere Hälfte der Lagerschalen legen, mussten wieder leicht angestellt werden, damit der Zylinder nach Durchgang der Form nicht herabfallen konnte. Die Federn wurden nun in den beiden Lagern so fest zusammengepresst, bis der Druck auf die ganze Länge des Zylinders vollkommen gleichmässig ausfiel, was sich durch Anlegen von Papier leicht feststellen liess. Die Federn hatten eine Länge von 100 mm und wurden auf 80 mm zusammengepresst, so dass eine Verkürzung von 20 mm eintrat. Um den ausgeübten Druck zu ermitteln, beschwerte man die Federn nach dem Versuch so lange mit Gewichten, bis die gleiche Verkürzung eintrat, und zwar mussten für jede Feder etwa 900 kg aufgewendet werden. Der gesamte Druck auf beiden Seiten des Zylinders betrug sonach 2 . 900 = 1800 kg, wozu ausserdem das Eigengewicht des Zylinders mit 700 kg zu rechnen isth so dass eine Pressung von rund 2500 kg zur Verfügung stand. Ein Vergleich der unter diesen Druckverhältnissen aufgenommenen Arbeitsdiagramme mit den vorigen ergab, dass auch die fast 3½ mal so grosse Zylinderpressung nur einen sehr geringen Einfluss auf den mittleren Kraftbedarf der Presse ausübt; ein Beweis dafür, dass die infolge dieser erhöhten Pressung erzeugten Reibungsdrücke im Verhältnis zu den auftretenden Beschleunigungsdrücken immer noch sehr klein sein müssen. Jedoch möge nicht unerwähnt bleiben, dass bei sogen. Autotypiedrucken eine wesentlich grössere Pressung erforderlich ist (10000 kg und mehr), wodurch der Einfluss der Reibungsarbeit auf das Diagramm jedenfalls mehr zur Geltung kommen dürfte. Aus den unter a und b erhaltenen Druckproben war zu erkennen, dass bei erhöhter Zylinderpressung die sogen. Schattierung viel ausgeprägter ist. Trotzdem zeigt die Druckprobe, welche nur für eine Zylinderpressung von 700 kg (Gewicht des Zylinders) aufgenommen wurde, dass auch hier die Pressung schon ziemlich stark ist und in manchen Fällen bereits ausreichend sein dürfte. – Da das Farbwerk an der Maschine abgestellt war, so blieben die eingelegten Papierbogen weiss, was für die Beurteilung der Schattierung günstiger war. §. 3. Nachweis der Uebereinstimmung der theoretisch und graphisch ermittelten Arbeitsdiagramme. Textabbildung Bd. 321, S. 559 Fig. 28. Diagramm einer Kreisbewegungsmaschine bei erhöhter Geschwindigkeit des Registrierpapieres (n = 23 u. η = 1 : 6). Die bisher aufgenommenen Diagramme stimmen zwar in ihrem Charakter mit den theoretisch ermittelten Kurven überein, jedoch ist der Unterschied infolge der verschiedenen Darstellungsweisen ein zu grosser, um mit Gewissheit auch auf denselben Verlauf der Kurven innerhalb einer Arbeitsperiode schliessen zu können. Aus diesem Grunde war es erforderlich, die Geschwindigkeit des Diagrammpapieres zu erhöhen, was sich durch Auslösen des Uhrwerkes und Anbringung einer kleinen Handkurbel erreichen liess. Die Versuche wurden an einer Kreisbewegungsmaschine kleineren Typus für eine Druckbogenzahl von 14 bezw. 23 i. d. Minute bei einem Uebersetzungsverhältnis η = 1 : 6 ausgeführt. Da die Handkurbel in beiden Fällen mit gleicher Geschwindigkeit gedreht wurde, so musste das Diagramm bei dem langsameren Gang der Presse entsprechend gestreckter ausfallen. Die so erhaltenen Arbeitsdiagramme (vergl. Fig. 28) zeigen genau denselben Charakter wie die bereits theoretisch aufgestellten und in Fig. 10 u. 11 bezw. 16 u. 20 zur Darstellung gebrachten Diagramme. Diese Diagramme könnten auch ohne weiteres als Grundlage zur Berechnung des Schwungradgewichts dienen, und müsste zu diesem Zweck der Inhalt der Flächen genau berechnet werden. Da ferner der Längenmasstab bekannt ist, so macht die Ermittlung des Kräftemasstabes keinerlei Schwierigkeiten mehr. Um die tatsächlich auftretenden inneren Arbeitsvorgänge in der Presse zu erhalten, wäre das Diagramm, welches für die Berechnung des Schwungrades verwendet werden soll, ohne Schwungrad aufzunehmen. Verwandelt man das so erhaltene Arbeitsdiagramm in ein Rechteck, so geben die über bezw. unter der Linie O'O' (Fig. 11b) liegenden Flächen jene Arbeit an, welche vom Schwungrad abgegeben bezw. aufgenommen werden muss, wenn ein vollständiger Ausgleich eintreten soll. Da die Stromschwankungen beim Hingang des Karrens am grössten sind, so muss auch die dadurch bedingte Arbeitsfläche am grössten sein. Diese Fläche ist auch für die Berechnung des Schwungradgewichts massgebend. (Fortsetzung folgt.)