Ueber Hebel- und Kurbelhubverminderer für den Antrieb der Papiertrommel des Indikators. Von Dipl.-Ing. W. Wilke, Dozent an der Techn. Hochschule Hannover. (Schluß von S. 331 d. Bd.) WILKE: Ueber Hebel- und Kurbelhubverminderer usw. Ebenfalls mit Rolle für die Trommelschnur ausgestattet ist ein Hubverminderer, bei dem der Antriebhebel nach der Kreisevolvente gekrümmt ist (Abb. 24). Das Uebersetzungsverhältnis von S zu s ist hier durch den Radius des Grundkreises R für die Evolvente und den der Rolle r gegeben. Der Grundkreis muß stets von der Richtungslinie des zum Antrieb dienenden Stiftes tangiert werden. Bekanntlich entsteht die Evolvente durch die Bewegung irgend eines Punktes einer Geraden, welche ohne zu gleiten, sich auf einem Kreise abwälzt. Die Gerade ist die Richtungslinie des zum Antrieb dienenden Stiftes. Es steht hier aber der Grundkreis nicht still, sondern bewegt sich. Infolgedessen wird vom Antriebstift zwar eine gerade Linie beschrieben, seine Relativbewegung zum Kreise ist jedoch die Evolvente. Der Antriebhebel muß also nach dieser Kurve gekrümmt sein. (Der Hubverminderer ist nichts anderes als eine Differentialrolle, wobei der Grundkreis die große Rolle darstellt. Vom Grundkreise wickelt der Mitnehmerstift die Strecke S = R (φ2 – φ1) ab, während von der Schnur der Weg s = r (φ2 – φ1) zurückgelegt wird.) Die Lage des festen Drehpunktes A wird zweckmäßig außerhalb der Senkrechten, die in den Endpunkten B und C zur Kolbenbewegung gezogen sind, gewählt. Textabbildung Bd. 329, S. 358 Abb. 24. Textabbildung Bd. 329, S. 358 Abb. 24a. Liegt er innerhalb, z.B. in der Mitte von B C, so müßte der Hebel nach Abb. 24a ausgebildet sein, was sich praktisch schlecht ausführen läßt. Um die Evolvente zu konstruieren, teilt man den Hub B C in gleiche Teile a, b, c. . . Von B aus wird auf der Peripherie des Grundkreises die Länge des Hubes B C abgetragen mit den Teilpunkten a1, b1, c1 . . . Die Schnittpunkte der Kreisbogen um A als Mittelpunkt mit A b, A c, A d . . . als Radien und der entsprechenden Kreisbogen um b1, c1, d1 . . . als Mittelpunkt mit a b, a c, a d... als Radien sind Punkte der Evolvente. Bei den Hubverminderern mit Rolle für die Schnur ist als vorteilhaft hervorzuheben, daß ohne weiteres beliebig viel Indikatoren in beliebigen Lagen davon angetrieben werden können, da der Anlauf der Schnur auf die Rolle stets tangential erfolgt. Die Kulisse kann statt nach der Evolvente auch nach einem Kreisbogen, der sich der Evolvente am besten anschmiegt, ausgebildet sein. Den Kreisbogen durch Lenker zu ersetzen, führt zu der Konstruktion nach Abb. 21 und ist daher falsch. Bei allen derartigen Konstruktionen bleibt jedoch der große Uebelstand, daß die mit dem Kreuzkopf hin- und hergehende Führungsrolle bei jedem Hub einen verhältnismäßig langen Weg an der Kulisse beschreibt, daß diese selbst plump ausfällt und genau nach einer Schablone hergestellt werden muß. Zu empfehlen sind derartige Konstruktionen nicht. Textabbildung Bd. 329, S. 358 Abb. 25. Abb. 25 zeigt einen Hubverminderer, bei dem der eine Endpunkt B des Hebels vom Kreuzkopf und der andere A in einer Kulisse, deren Mittellinie senkrecht zur Kolbenmittellinie steht, gerade geführt wird. Der Punkt C, von dem die Papiertrommel aus angetrieben wird, bewegt sich dabei auf einem Ellipsenbogen. Der Antrieb ist nur für unendlich lange Schnur kinematisch richtig. Der entstehende Fehler ist praktisch zu vernachlässigen, wenn die mittlere Schnurrichtung die Pfeilhöhe des Bogens halbiert und genügend lang ist. Statt der Geradführung für A wird auch wohl ein Lenker angewandt (Abb. 26), dessen Länge mindestens gleich oder größer als die halbe Hebellänge ist. Die entstehende Ungenauigkeit wird dadurch nicht wesentlich vergrößert. Diese beiden letzten Lenker sind nichts anders als eine Umkehrung der durch Abb. 12 bzw. Abb. 1 wiedergegebenen Anordnung, bei welcher die Kulisse bzw. der Hebel mit dem Kreuzkopf verbunden ist und A der Festpunkt ist. Bei dem gleichen kinematischen Aufbau ist die Anordnung nach Abb. 12 oder 1 einfacher, Textabbildung Bd. 329, S. 359 Abb. 26. Bekanntlich bewegt sich die Mitte der Geraden AB, deren beide Endpunkte auf den Schenkeln eines rechten Winkels geführt werden, auf einem Kreisbogen vom Radius gleich ½ A B. Man erhält also ebenfalls eine für unendlich lange Schnur fehlerlose Hubverminderung, wenn die Mitte von A B auf einem Kreise geführt wird, wobei dann die Führung für A in Fortfall kommen kann. Hiernach ist der Hubverminderer (Abb. 27) konstruiert. In der Mittelstellung muß allerdings der Punkt A wiederum geführt werden, da in dieser Stellung zwei Bewegungsfreiheiten für A vorliegen. Der zum Antrieb der Papiertrommel dienende kleine Hebel kann je nach der Lage der Trommel in einem Winkel zum Lenker gestellt werden. Auch hier läßt sich dasselbe wiederholen, was bei den Anordnungen nach Abb. 25 und 26 gesagt worden ist. Es wird durch den Hubverminderer nach Abb. 13 und 14 dasselbe bei einfacherer und gefahrloserer Bauart erreicht. Für Maschinen mit sehr kleinem Hub wird von einigen englischen Firmen ein Hubverminderer (Abb. 28) hergestellt, bei dem der Endpunkt eines Hebels A B in einer zur Kolbenmittellinie geneigten Kulisse sich bewegt. Die Hubverminderung ist durch die Steigung der Kulisse gegeben, also durch das Verhältnis OM : ON. Dabei ist allerdings gleiche Länge der Hebel A B und A C, von welch letzterem die Papiertrommel bewegt wird, vorausgesetzt. Durch entsprechende Veränderung der Hebel kann natürlich eine weitere Verminderung des Kolbenhubes erreicht werden. Dieser Hubverminderer läßt sich, wie schon bemerkt, nur bei kleinen Hüben bis etwa 200 mm verwenden. Darüber hinaus kann seine Anwendung schwerlich empfohlen werden. Der auftretende Fehler ist auch nicht unbedeutend. In der Mittelstellung erreicht er den Höchstwert und hat bei AB = s/2 und ON : OM gleich ½ bzw. ⅓ eine Größe von 4,3 bzw. 1,1 v. H. Textabbildung Bd. 329, S. 359 Abb. 27. Textabbildung Bd. 329, S. 359 Abb. 28. Textabbildung Bd. 329, S. 359 Abb. 29. Textabbildung Bd. 329, S. 359 Abb. 30. Textabbildung Bd. 329, S. 359 Abb. 30a. Bei allen diesen Hubverminderern erfolgte der Antrieb von einem sich in gleichem Sinne mit dem Kolben bewegenden Maschinenteil. Bei einigen Maschinen, vor allem den Verbrennungskraftmaschinen, sind die hin- und hergehenden Teile so eingeschlossen, daß der Hubverminderer manchmal nur schwierig von ihnen angetrieben werden kann. In diesem Falle werden von der Kurbelwelle her die Indikatoren betätigt. Kann ein freies Wellenende benutzt werden, so wird die Schnur zweckmäßig an einem Stift im Wellenstumpf nach Abb. 29, 30 oder 30a, dessen Mitte um s/2 von der Welle entfernt ist, sonst an einem Exzenter mit der Exzentrizität s/2, befestigt. In jedem Falle ist absolute Gleichläufigkeit mit der Maschinenkurbel erforderlich. Bei den ersten Verbrennungskraftmaschinen wurden die Papiertrommeln nahezu ausschließlich in dieser Weise angetrieben. Textabbildung Bd. 329, S. 360 Abb. 31. Textabbildung Bd. 329, S. 360 Abb. 32. Textabbildung Bd. 329, S. 360 Abb. 33. Textabbildung Bd. 329, S. 360 Abb. 34. Da auch heute in dieser Weise vielfach noch wegen der großen Einfachheit gearbeitet wird, so möge darauf hingewiesen werden, daß durch diese Antriebsvorrichtung erhebliche Verzerrungen im Diagramm auftreten. Da nämlich die Schnurlänge l vom Indikator bis zur kleinen Kurbel sehr groß ist im Verhältnis zum Radius r (Abb. 31), so ist in Annäherung zu setzen l : r = ∞. Für den Schnurweg gilt daher die Beziehung s = r (l – cos α), wobei α der Kurbelwinkel aus der Totpunktstellung ist. Dasselbe gilt aber nicht für den Haupt-Kurbelmechanismus. Die Länge der Pleuelstange ist unter normalen Verhältnissen beispielsweise das fünffache der Kurbel. Für den Kreuzkopfweg läßt sich der Weg aus der Totpunktstellung beim beliebigen Winkel a darstellen durch die Gleichung S=R\,(1-\cos\,\alpha)\,\pm\,\frac{R^2}{2\,L}\,\sin^2\,\alpha. Textabbildung Bd. 329, S. 360 Abb. 35. Textabbildung Bd. 329, S. 360 Abb. 36. Das Fehlerglied \frac{R^2}{2\,L}\,.\,\sin^2\,\alpha kommt hierbei also un-mittelbar als Maß der Verzerrung in Frage. Bei \frac{L}{R}=5 und α = 90°, also in der Mittelstellung der Kurbel, wird das Fehlerglied den Höchstbetrag erreichen, nämlich f_{\mbox{max}}=\frac{R}{10}. Die Verzerrung beträgt demnach in Mitte Hub etwa 10 v. H. des Kurbelradius oder 5 v. H. des Kolbenhubes. Dieser Fehler kann nun ohne weiteres aufgehoben werden, wenn die Trommelschnur nicht unmittelbar an der kleinen Kurbel angreift, sondern an einem Kreuzkopf, der von einer Lenkstange angetrieben wird (Abb. 32). Es muß dabei die Beziehung gelten: R : L = r : L Das Fehlerglied des Kurbelmechanismus tritt dabei in gleicher Weise beim Hubverminderer auf, so daß tatsächlich eine vollkommene Proportionalität vorhanden ist. Die Geradführung kann auch praktisch genügend genau durch einen Lenker (Abb. 33) ersetzt werden. Ausführungen derartiger Hubverminderer geben die Abb. 34 und 35 wieder. Bei Abb. 34 ist örtlicher Verhältnisse wegen ein Hebelwerk eingeschaltet. Textabbildung Bd. 329, S. 361 Abb. 37. Textabbildung Bd. 329, S. 361 Abb. 38. Abb. 36 gibt eine Anordnung der Gasmotorenfabrik Deutz für liegende Dieselmaschinen wieder. Die Lenkstange l ist je nach den Abmessungen der Pleuelstange und des Kurbelradius der Maschine verstellbar eingerichtet. In besondere- Weise führen Gebr. Körting, Hannover, derartige Kurbelhubverminderer aus, bei denen der Antrieb von der Steuerwelle aus abgeleitet wird (Abb. 37). Da die Steuerwelle bei Viertaktmaschinen mit halber Umdrehzahl der Hauptwelle läuft, so ist es erforderlich, zunächst ein Zahnräderpaar z1 und z2 anzuordnen, durch das die Welle w mit derselben Umdrehzahl wie die Hauptwelle angetrieben wird. Von den beiden Kurbeln k1 und k2 werden durch die beiden Lenkstangen l1 und l2 zwei Kreuzköpfe betätigt, an denen die Stifte s1 und s2 für die Papiertrommelschnur sitzen. Abb. 38 zeigt die Anordnung im Bilde. Bei der Entnahme von versetzten Diagrammen wird man ausschließlich Exzenterantrieb wählen müssen, außer wenn bei Maschinen mit zwei oder mehr Kurbeln, die unter 90 ° zueinander stehen, der Indikatorantrieb für die eine Seite von der anderen abgeleitet werden kann, was unter Umständen jedoch umständlich ist. Da diese Diagramme nicht zur Berechnung dienen, so spielt hier meistens das auftretende Fehlerglied keine Rolle, und man verzichtet daher auf das Einschalten der Geradführung oder der Lenker.