DER MIKRO-INDIKATOR ZUR UNTERSUCHUNG SCHNELLAUFENDER MASCHINEN. Von Dr.-Ing. O. Mader, Aachen. (Fortsetzung von S. 454 d. Bd.) MADER: Der Mikro-Indikator zur Untersuchung schnellaufender Maschinen. III. Die Vergrößerung der Diagramme. Während für den ersten Teil des Mikroverfahrens, die Aufnahme der Diagramme, ein neues Instrument entworfen werden mußte, bietet sich für den zweiten Teil, die Vergrößerung derselben, in dem Mikroskop und seinen Nebenapparaten ein vollkommen fertig ausgebildetes Hilfsmittel dar, das höchstens diesem Spezialzweck besonders anzupassen ist. Für die Beurteilung eines Diagramms, z.B. zum Zwecke einer Steuerungs- oder Zündungseinstellung, genügt die subjektive Betrachtung im Mikroskop, wobei die Glasplatte wie ein gewöhnliches Präparat auf den Tisch des Mikroskopes gelegt und von unten durch den Spiegel beleuchtet wird. Eine 30- bis 80fache Vergrößerung dürfte hier genügend sein, bei dieser geringen Vergrößerung macht sich auch eine Verzerrung des rechtwinkligen Koordinatennetzes noch wenig und nur am Bildrande bemerkbar. Textabbildung Bd. 327, S. 465 Fig. 25. Mikrophotographische Kamera. Die Ausmessung der Diagramme kann entweder direkt durch ein Okularmikrometer, einen auf Glas geritzten, in die Blendenebene des Okulares gelegten und gleichzeitig mit dem Diagramm sichtbaren Maßstab erfolgen oder nach vorhergegangener mikrophotographischer oder zeichnerischer Vergrößerung durch Planimetrieren oder eine der anderen üblichen Methoden. Die mikrophotographische VergrößerungZu diesem Zwecke kann, da es sich stets um die gleiche (etwa 40 fache für Platten 9 × 12) Vergrößerung handelt, eine ganz einfache Kamera (Fig. 25) ohne Auszug dienen. Auf einem Laufbrett ist das Mikroskop wagerecht gelagert, das Tubusende mit dem Okular ragt in einen festen Holzkasten, an dessen hinterem Ende Visierscheibe bezw. Kassette eingeschoben werden. Die Scharfeinstellung wird durch Verstellen des Mikroskopes bewirkt, durch besondere Marken am Tubus und Laufbrett kann diese Einstellung ein für allemal festgelegt werden. ist für wissenschaftliche und Reproduktionszwecke sicher die zuverlässigste Methode und ist hier auch nicht mit der direkten photographischen Registrierung zu vergleichen, da die Schwierigkeit einer intensiven Lichtquelle und ungleicher Belichtungsdauer wegfällt; sie bringt jedoch wieder die Unbequemlichkeit des photographischen Prozesses mit sich. Dies wird vermieden durch die Benutzung eines Zeichenapparates, wie sie als Nebenapparate für Mikroskope in den Handel gebracht werden. Da diese in technischen Kreisen wohl weniger bekannt sind, so sei hier das für die Zwecke des Mikro-Indikators besonders geeignete Zeichenokular von Leitz (Fig. 26a und b) kurz beschrieben, das wie ein gewöhnliches Okular in den Tubus des Mikroskopes eingesetzt wird. Hier gehen die vom Beleuchtungsspiegel zurückgeworfenen Lichtstrahlen, die das Bild des Präparates entwerfen, in der üblichen Weise durch Objektträger, Objektiv und Okular ohne Richtungsänderung zum Auge des Beobachters. Gleichzeitig wird auf derselben Bildfläche durch zweimalige Reflexion eine Zeichenfläche sichtbar gemacht, so daß hier von Hand mit dem Bleistift die Konturen des Diagramms genau nachgezeichnet werden können. Die Strahlen, die von der Zeichenfläche ausgehen, passieren die untere und obere Fläche des Prismas unter nahezu rechten Winkeln und erleiden an den Seitenflächen desselben totale Reflexion. Da im allgemeinen das Bild des Präparates lichtschwächer wie das der Zeichenfläche erscheinen wird, muß letzteres durch Rauchgläser von verschiedener Lichtdurchlässigkeit abgedämpft werden. Die Zeichenfläche erscheint in der normalen Sehweite von 25 cm, kann aber für kurzsichtige Augen näher gebracht werden. Das beschriebene Zeichenokular eignet sich für unseren Zweck, vor allem wegen seiner Einfachheit und der zum gleichzeitigen Beobachten und Zeichnen äußerst bequemen Lage der Zeichenfläche vor dem um 45° geneigten Mikroskop. Textabbildung Bd. 327, S. 466 Fig. 26a. Schema des Zeichenokulars nach Leitz. Textabbildung Bd. 327, S. 466 Fig. 26b. Nachzeichnen eines Diagramms. An Stelle des Nachzeichnens und späteren Planimetrierens der Diagramme kann auch ein direktes Ausmessen unter dem Zeichenapparat mit dem Zirkel treten. Um Ordinaten in gleichen Abständen zu haben, legt man ein passendes Linienblatt auf die Zeichenfläche. Unbedingt nötig für die Ausmessung der Diagramme ist es, die Maßstäbe genau zu bestimmen, einmal also die benutzte Vergrößerung, und dann den Federmaßstab. Die Vergrößerung wird am einfachsten durch einen auf Glas angebrachten feinen Maßstab (z.B. 2 mm in 200 Teile geteilt), Objektmikrometer genannt, bestimmt, den man an Stelle des Diagrammes legt, vergrößert (vgl. Fig. 27) und dann direkt abmißt. Mit diesem Maßstab wird auch der „Mikrometerwert“ eines „Okularmikrometers“ gefunden, d.h. die Länge im Diagramm, die einem Teilstrich des Okularmikrometers entspricht. Zur Bestimmung des Federmaßstabes dient eine Gewichtseichung, die, namentlich bei kaltliegenden Federn, die genaueste und einfachste Methode bleibt. Einen überall aufstellbaren, vor allem kleinen und handlichen Apparat dazu stellt Fig. 28a im Schema, Fig. 28b in der Ausführung vor. Um mit kleinen Gewichten auszukommen, ist eine Hebelübersetzung 1 : 10 eingeschaltet. Durch eine Nachstellvorrichtung läßt sich der Wagbalken stets in seine wagerechte Lage zurückführen. Der Indikator wird in aufrechter, allseitig zugänglicher Lage oben auf den Apparat aufgeschraubt.Den Bau und Vertrieb des Mikro-Indikators nebst aller Nebenapparate hat die Firma Gebr. Staerzl, Mechan. Werkstätte, München, übernommen. Textabbildung Bd. 327, S. 466 Fig. 27. 80fach vergrößerter Maßstab eines Objektmikrometers. Textabbildung Bd. 327, S. 466 Fig. 28a. Schema der Eichvorrichtung.Die schräge Stellung der Druckstange soll nur die freie Beweglichkeit derselben andeuten. Bei der Ausführung liegen natürlich Indikator, Druckstange und Hülse in einer Achse. Textabbildung Bd. 327, S. 466 Fig. 28b. IV. Anwendung des Mikro-Indikators. Die Eigenart und Anwendungsfähigkeit des Mikro-Indikators ergibt sich am besten aus einem Vergleich mit normalen Indikatoren. Wir fanden ja, daß für die Verwendung an Schnelläufern die Eigenschwingungszeit T=\frac{2\,\pi}{\sqrt{\frac{c}{m}}} die maßgebende Größe \frac{1}{n} ist. Die Drucksteigerungszeit Z ist ungefähr proportional der Zeitdauer einer Umdrehung, also proportional \frac{1}{n} und die Drucksteigerung ΔP bleibt für eine Maschinentype angenähert gleich. Die Amplitude der bei einzelnen Indikatortypen erregten Eigenschwingungen wird dann ungefähr bestimmt durch T ∙ n. Textabbildung Bd. 327, S. 467 Darüber, was hier praktisch als nötig angesehen wird, finden sich sehr wenige Angaben, es seien hier jedoch als ungefährer Anhalt die Diagrammgrößen zu Grunde gelegt, die die Firma Maihak, Hamburg, für ihre Größe 3 und die Firma Schaeffer & Budenberg, Magdeburg, für ihren Spezialindikator für Explosionsmaschinen zulassen. Daraus kann die zur Berechnung von T nötige Zunahme der Federkraft (c in kg/m) bestimmt werden. Die auf den Kolbenweg reduzierte schwingende Masse m konnte durch VersucheBestimmung der auf die Kolbenachse reduzierten schwingenden Masse des Maihak-Indikators. Sie setzt sich aus drei Hauptteilen zusammen:1. Die geradlinig bewegte Kolbenstange inkl. Kolben, Federkopf und einiger Lenker. Das Gewicht dieser Teile wurde durch Wiegen zu 25,3 g bestimmt.2. Die Federwindungen. Davon kommt nur ein Drittel des Gewichts in Rechnung. Da sie mit dem schweren Federfuß fest verbunden sind, muß dieses Gewicht durch Rechnung angenähert gefunden werden. Es wurdebei einem Federmaßstabdas reduzierte Federgewicht1 at =1,5 mm1,0   „0,5   „2,5 g3,8 „4,3 „im Mittel 4 g.3. Der Schreibhebel mit dem Schreibstift an der Spitze. Dieser Hebel führt in Wirklichkeit eine Dreh- und Querbewegung aus. Letztere, sowie die Bewegung des Endlenkers wurde als sehr klein vernachlässigt. Die reduzierte Masse bei einer reinen Drehbewegung um das Hebelende wurde durch zwei Schwingungsversuche mit derselben Meßfeder (Fig. 29a u. b) bestimmt, einmal mit bekanntem Gewicht Q (Schwingungszeit T1), dann mit dem Schreibhebel (Gr, T2).Es muß dann sein:G_R=\left(\frac{T_2}{T_1}\right)^2\,.\,\frac{b^2}{a^2}\,.\,Q.Beobachtet wurde T1 = 0,55 Sek, T2 = 0,34 Sek., woraus Gr = 45 g. Das wirkliche Gewicht des Schreibhebels war dabei nur 5 g.Das gesamte reduzierte schwingende Gewicht des Maihak-Indikators ergibt sich somit zu 74 g.Eine direkte Ausmessung der Eigenschwingungszeit des Maihak-Indikators ermöglichte auch ein auf einer rotierenden Zeittrommel geschriebenes Diagramm:T=\frac{5,5}{1000}\mbox{ Sek.}Dabei war c = 9720 kg/m, bei 1 mm Diagrammhöhe = 1 at = 1,62 kg Kolbendruck.Daraus ergibt sich die reduzierte Masse zu:m=\frac{T^2}{4\,\pi^2}\,.\,c=\frac{30,2\,.\,9720}{1000\,.\,4\,.\,9,86}=\frac{7,44}{1000} (Reduz. Gewicht 72 g).Für den Schaeffer-Budenberg-Indikator wurde die schwingende Masse ebenfalls durch Aufnahme der Schwingungen auf eine Zeittrommel zu m=\frac{4,2}{1000} bestimmt. bezw. direktes Abwiegen mit genügender Genauigkeit zu 0,0075 bezw. 0,0042\,\frac{\mbox{kg\,.\,sek.}^2}{\mbox{m}} bestimmt werden. Legt man durchweg einen maximalen Druck von 20 at in der Maschine zu Grunde, so erhält man die in Tab. 1 und in Fig. 30a und b eingetragenen Werte. Zum Vergleich sind daneben noch die Werte für Mikro-Indikatoren gesetzt und zwar 1. für das erste einfache Versuchsinstrument, das mit einer normalen Maihak-Feder ausgerüstet war (Fig. 15 S. 435) und 2. für den ersten normalen Mikro-Indikator (vgl. früher Fig. 16 und 17 S. 435). Textabbildung Bd. 327, S. 467 Fig. 30a. Vergleich der Eigenschwingungszeiten T.Fig. 30b. Zahl der Eigenschwingungen pro Hub.A = Schäffer-Budenberg-Indikator; B = Maihak-Indikator; C = 1. Versuchs-Mikro-Indikator; D = 2. Mikro-Indikator. Die Werte unter 1. sind durch Abwiegen der einzelnen Teile, die unter 2. durch Versuche bei hohen Tourenzahlen bestimmt. Aus der Zahl der Eigenschwingungen für den Hub, die einen Maßstab für die Größe \frac{T}{Z} gibt, ersieht man die Eigenart des Mikro-Indikators. Tabelle 1. Textabbildung Bd. 327, S. 468 Maihak-Indikator Größe 3; Schaeffer-Budbg.-Indikator; Versuchs-Mikro-Indikator; normaler Mikro-Indikator; Reduz. Masse m in kg-Sek./m; Kolbendurchmesser in mm; Tourenzahl n; Höchste zulässige Diagrammhöhe in mm; Entsprechender Kolbenhub; Federkraftzunahme c in kg/m; Eigenschwingungszeit T in Sek; Zahl der Eigenschwingungen für den Hub Textabbildung Bd. 327, S. 468 Fig. 31. Textabbildung Bd. 327, S. 468 Fig. 32a. Mikrodiagramm eines Leuchtgasmotors. Textabbildung Bd. 327, S. 468 Fig. 32b. Die bisher mit dem Mikro-Indikator durchgeführten Versuche sollten an erster Stelle nur zur Prüfung des Instrumentes selbst dienen. Dazu wurde zuerst mit dem obenerwähnten Versuchsindikator an langsamlaufenden Maschinen das befriedigende Arbeiten der einzelnen Teile, dann die erreichbare Genauigkeit untersucht. Zum Vergleich diente ein gleichzeitig mit dem Mikro-Indikator arbeitender (Fig. 31), vollständig neuer, normaler Kolbenindikator. Indiziert wurde bei etwa 250 Umdr. i. d. Min. ein 6 PS-Leuchtgasmotor. Zeichnete man die Diagramme auf gleiche Maßstäbe um, so war das Resultat, wie Fig. 32a u. b an einem Beispiele zeigen, überraschend. Textabbildung Bd. 327, S. 468 Fig. 33. Mikrodiagramm eines Kompressors. Textabbildung Bd. 327, S. 468 Fig. 34a. Textabbildung Bd. 327, S. 468 Fig. 34b. Während der Höchstdruck innerhalb der Fehlergrenzen stets gleich war, verlaufen Kompressions- und vor allem Expansionslinie des gewöhnlichen Diagrammes außerhalb des Mikrodiagrammes, d.h. sie bleiben zeitlich stets mit ihrer Druckangabe hinter der des Mikro-Indikators zurück. Die Unterschiede in den Flächen und damit in der indizierten Leistung betragen in obigem Beispiel 18 v. H. der Fläche des Mikrodiagrammes. Um nun zu konstatieren, ob der Fehler in der Konstruktion des Mikro-Indikators, in dem beiden Instrumenten gemeinsamen Antrieb oder, wie vermutet, in der Reibung des dicht eingeschliffenen Kolbens des normalen Indikators liege, wurde derselbe Versuch an einem Kompressor wiederholt (Fig. 33 und 34a, b). Hier wird das Diagramm im umgekehrten Sinne durchlaufen, es müßte denn das Diagramm des reibungslosen Indikators größer werden. Dieser Einfluß trat auch bei der Kompressionslinie deutlich zu Tage. Die Expansionslinie zeigte diese Tendenz weniger, sie fielen entweder zusammen oder sogar, innerhalb der Fehlergrenze, die Linie des Mikro-Indikators über die des normalen Indikators. Die für einen Kompressor sehr weite Ausdehnung der Expansionslinie ist eine Folge der Vergrößerung des schädlichen Raumes durch die weiten Rohrleitungen zu den Indikatoren; die dargestellten Diagramme geben also nicht den normalen Arbeitsvorgang im Kompressor wieder. Die Höchstdrücke waren wieder nahezu gleich, in den Flächen traten jedoch auch hier ziemliche Unterschiede, besonders mit wachsender Tourenzahl, auf, wie Tab. 2 zeigt. Tabelle 2. Dia-gramm Um-drehungeni. d. Min. Fläche desvergrößertenMikro-Diagr.qcm Fläche desnormalenDiagrammsqcm Unterschiedin v. H.des Mikro-Diagramms b 100 15,9 13,3 16 C 120 15,6 12,5 20 d 160 15,8 11,8 25 e 215 14,6 10,8 26 f 230 14,9 11,0 26 g 260 12,6   9,2 27 Diese Versuche müßten eigentlich mit einem besonders leichtgehenden normalen Indikator wiederholt werden, jedoch hat es dazu vorerst an Gelegenheit gefehlt. (Schluß folgt.)