Betriebsversuche mit Leistungszählern und registrierenden Belastungsanzeigern. Von Ingenieur Böttcher in Hamburg. BOETTCHER: Betriebsversuche mit Leistungszählern und registrierenden Belastungsanzeigern Das Streben nach höchster Wirtschaftlichkeit im Kraftmaschinenbetriebe hat neuerdings eine Reihe von Apparaten auf dem Markt erscheinen lassen, welche eine Dauerkontrolle der Kraftmaschinenleistung zum Zweck haben, indem sie durchlaufend diese Leistung oder auch nur den Belastungszustand registrieren, in ähnlicher Weise, wie die längst bekannten Registrierinstrumente der elektrischen Industrie dieses tun und dadurch zu unentbehrlichen Kontrollinstrumenten geworden sind. Man wird derartig neue Apparate als für die Ueberwachung von Kraftmaschinenanlagen der verschiedensten Art mit Freuden begrüßen können, wenn die Praxis ihre Zuverlässigkeit durch entsprechende Ergebnisse bestätigt hat. Es ist der Zweck der vorliegenden Zeilen, über Versuche zu berichten, welche mit den von dem Unterzeichneten in Gemeinschaft mit der H. Maihak A.-G. in Hamburg zu marktfähigen Ausführungsformen entwickelten Apparaten durchgeführt worden sind und.die vielleicht das Interesse Weiterer Kreise finden werden. Textabbildung Bd. 329, S. 593 Abb. 1. Der Boettchersche Leistungszähler. Die neueste Ausführungsform des bereits im Jahrgang 1913, S. 6 ff, dieser Zeitschrift beschriebenen Apparates ist in den Abb. 1 und 2 dargestellt, und zwar gibt Abb. 1 den Zähler in Arbeitsstellung, Abb. 2 in ausgeschaltetem Zustand. Der Vergleich der neuen mit der früher beschriebenen älteren Ausführungsform läßt die konstruktiven Verbesserungen erkennen, welche die ausführende Fabrik dem Apparat, der inzwischen bereits in annähernd 500 Exemplaren im In- und Ausland abgesetzt wurde, hat angedeihen lassen. Bei dem stetig steigenden Absatz des Apparates sind selbstverständlich die Eichvorrichtungen entsprechend vollkommen ausgebildet; sie ermöglichen, jeden Apparat bei verschiedenen Tourenzahlen für Dampfmaschinen-, Gasmaschinen- und Dieselmotor-Diagramme besonders zu eichen. Zurzeit geht eine Maschine der Vollendung entgegen, welche die gleichzeitige Eichung von zehn Apparaten ermöglicht. Kein Apparat verläßt die Fabrik, ohne die Eichstation mit vollkommen befriedigendem Ergebnis passiert zu haben. Textabbildung Bd. 329, S. 593 Abb. 2. Von den zahlreichen, vom Unterzeichneten vorgenommenen Betriebsversuchen seien im folgenden zwei mitgeteilt: Erster Versuch: Eine liegende Verbund-Ventil-Dampfmaschine mit Kondensation, welche mit verschiedenen Kochapparaten und anderen dampfverbrauchenden Maschinen an ein gemeinsames Dampfverteilungsnetz angeschlossen war, stand in dem Verdacht zu hohen Dampfverbrauchs; die Dampf Verbrauchsziffer sollte ohne irgendwelche Störung des Betriebes ermittelt werden; Betriebszeit von Montag morgens 6 Uhr bis Sonntag morgens 6 Uhr ohne Unterbrechung. Der Versuch wurde in folgender Weise durchgeführt: Ueber Sonntag wurde in die Admissionsleitung der Meßflansch eines Dampfmessers (System Hallwachs) eingefügt und gleichzeitig die Indikatorhähne, sowie die Antriebstangen für die Indikatoren an die Maschine gesetzt. Im ganzen wurden vier Indikatoren mit Böttcherschen Zählern verwendet. Die Versuchsdauer betrug nur 34 Minuten, in welcher Zeit bei etwa 120 Umläufen in der Minute insgesamt 16 320 Diagramme zur Ermittlung der mittleren indizierten Leistung herangezogen wurden; es blieb während der Versuchszeit also kein einziges Diagramm unberücksichtigt. Die aus dem Versuche ermittelte Dampfverbrauchziffer betrug 9,75 kg für 1 PSi und Stunde. Dieses Ergebnis ließ im Verein mit den während der Zählung geschriebenen Diagrammen eine Ueberholung der äußeren und inneren Steuerungsteile zweckmäßig erscheinen. Nach erfolgter flüchtiger Instandsetzung der Ventile, während welcher der Dampfmesserflansch nicht aus der Leitung entfernt wurde, fand sofort ein zweiter Versuch in gleicher Weise statt. Er erstreckte sich über nur 15 Minuten; es wurden 7200 Diagramme ausgewertet, und eine Dampfverbrauchziffer von 7,9 kg festgestellt. Die erzielte Verbesserung der Dampfverbrauchsverhältnisse wurde später durch den Betrieb selbst bestätigt. Textabbildung Bd. 329, S. 594 Abb. 3. Leistungszähler für Kolbenmaschinen (Ausführung für Dauerbetrieb) Zweiter Versuch: In einer chemischen Fabrik, welche von der Kesselstation aus außer der Betriebsmaschine eine Anzahl direkt wirkender Dampfpumpen, Duplikatkessel usw. betrieb, lag der Kohlenverbrauch zu hoch, und man vermutete, daß die Dampfmaschine vor allem hierfür verantwortlich zu machen sei, was um so schwerer ins Gewicht fiel, als diese Maschine mit Kondensation ausgerüstet ist, ihr Abdampf also nicht weiter im Betrieb verwertet wird. Auch diese Maschine wurde nur des Sonntags stillgesetzt. Die Vorbereitungen waren die gleichen, wie bei dem vorstehenden Versuch, nur wurde wegen der verhältnismäßig stark schwankenden Belastung die Versuchsdauer auf etwa 1 ½ Stunden ausgedehnt. Es wurde mit vier Zählern gearbeitet, die während der Beobachtungszeit 36000 Diagramme auswerteten, als deren Mittelwert eine indizierte Leistung von 159,5 PS bereits etwa ¼ Stunde nach Versuchsbeendigung sich ergab; die zugehörige Dampf Verbrauchsziffer von 7,0 kg für 1 PSi und Stunde ließ eine Einstellung der Steuerung zwar als zweckmäßig erscheinen, gleichzeitig aber auch erkennen, daß die Ursache des hohen Kohlenverbrauches nicht in der zu hohen Dampfverbrauchziffer der Maschine zu suchen war. Versuche der vorbeschriebenen Art sind von dem Unterzeichneten in großer Anzahl mit praktisch vorzüglichem Ergebnis durchgeführt worden. Auch von anderer Seite liegen zahlreiche Berichte derartiger Untersuchungen in den verschiedensten Betrieben vor. An allen Stellen wurde als besonders angenehm empfunden, daß die Versuchsvorbereitungen nur sehr geringen Umfang einnahmen, insbesondere die allgemein bei Versuchen nach den Verbandsnormen mit Speisewasserwägung notwendigen und als sehr lästig empfundenen Abflanschungen von Dampf- und Speiseleitungen mit ihren, für den Betrieb unerquicklichen Nebenerscheinungen nicht erforderlich wurden, daß ferner die Versuche in kürzester Zeit zu erledigen waren, ohne die stundenlangen Indizierungen und Speisewasserwägungen, endlich aber auch, daß das Versuchsergebnis, auf das man bei Indizierversuchen in der Regel bei einigermaßen sorgfältiger Auswertung der Diagramme mehrere Wochen warten muß, innerhalb einer halben Stunde nach Versuchsschluß mitgeteilt werden konnte. In einer großen Anzahl schriftlich niedergelegter Zeugnisse kommt auch in anerkennender Weise die mit den Apparaten erzielte Genauigkeit des Ergebnisses zum Ausdruck, welche eine aus der Praxis stammende Bestätigung der Richtigkeit der Theorie des Zählers darstellt, die im Verein mit der mustergültigen Ausführung seine Lebensfähigkeit begründet. Textabbildung Bd. 329, S. 594 Angesichts dieses überraschenden praktischen Erfolges des Zählers nimmt es nicht Wunder, wenn der Versuch gemacht wird, derartige Apparate auch als sogenannte „Dauerzähler“ auszubilden, um sie dauernd an der Maschine zu belassen, damit man, ähnlich wie an den Schalttafel-Wattmetern, die jeweilige Maschinenleistung an dem Apparat ablesen kann. In Abb. 3 ist ein derartiger Dauerzähler dargestellt, wie ihn der Unterzeichnete bereits im Jahre 1909 hat ausführen lassen (s. D. p. J. 1914 S. 347). So wertvoll derartige Dauerzähler auf dem ersten Augenblick auch zu sein scheinen, so haben sie praktisch keinen Wert, abgesehen davon, daß es der aus langer Erfahrung entstandenen Ansicht des Unterzeichneten nach unmöglich sein wird, den Apparat konstruktiv so durchzubilden, daß er dauernd an der Maschine selbst nacheichbar ist und hinsichtlich seines Beschaffungspreises innerhalb erschwinglicher Grenzen bleibt. Für den Betrieb praktisch wertlos wird ein derartiger Apparat bleiben müssen, weil zunächst jede Zylinderseite mit einem eigenen Apparat ausgerüstet werden muß, so daß im allgemeinen doppelt so viel Ablesungen zu machen, als Zylinder vorhanden sind. Die Ablesungen geben ferner aber nicht den gesuchten Augenblickswert der Maschinenleistung, sondern nur die Summe der seit der Nullstellung geleisteten Arbeit, so daß Bestimmung von Momentanwerten der Leistung, ähnlich wie beim Wattmeter, mit dem Dauerzähler überhaupt nicht möglich ist. Stets zeigt der Apparat unter Berücksichtigung der Apparatekonstante nur eine Arbeitsdifferenz für einen bestimmten, der Beobachtung zugrundegelegten Zeitraum, für welchen außer der Sekundenzahl selbst auch noch die Umdrehungszahl der Maschine abgelesen werden muß. Alle diese Ablesungen kann man wohl von den Beobachtern bei Zählversuchen verlangen, man wird sie aber niemals dem Maschinisten zumuten dürfen. Textabbildung Bd. 329, S. 595 Abb. 4. Textabbildung Bd. 329, S. 595 Abb. 5. Textabbildung Bd. 329, S. 595 Abb. 6. Hat nun aus den vorstehend erläuterten Gründen der „Dauerzähler“ praktisch keine Existenzberechtigung, so ist doch anderseits für die dauernde Ueberwachung von Betriebsmaschinen ein Apparat vonnöten, der in ähnlicher Weise, wie das einfache Schalttafelwattmeter die Belastung einer Maschine und ihre Schwankungen anzeigt, bzw. durchlaufend aufzeichnet. Dabei ist durchaus nicht erforderlich, daß die von dem Apparat angezeigten Momentanwerte zahlenmäßig absolut genau sind, vielmehr ist Wert darauf zu legen, daß der Apparat möglichste Einfachheit in der Anordnung und in der Bedienung besitzt und ein möglichst umfassendes Bild des Belastungszustandes der Maschine gibt. Die Lösung für die Ausführung eines derartigen Apparates bietet die Tatsache, daß die Leistung von der Reglerstellung abhängig ist, einerlei, ob die betreffende Maschine mit einfachem Säulenregler, oder mit Achsenregler ausgerüstet ist. Ueber den vom Unterzeichneten konstruktiv durchgebildeten Apparat, dessen Ausführungsrecht die Firma H. Maihak Aktiengesellschaft, Hamburg, erworben hat, und der unter dem Namen eines registrierenden Belastungsanzeigers erfolgreich in die Praxis eingeführt ist, sind nachstehend einige Versuchsergebnisse zusammengestellt. Der Vollständigkeit halber ist die Konstruktion des Apparates den Versuchsberichten vorangestellt. Ausführungsform I für Pendelregler. Die Säulenregler, welche von der Hauptwelle oder der Steuerwelle aus durch Riemen oder Zahnräder angetrieben werden, beeinflussen die Steuerung in der Weise, daß sie direkt oder indirekt durch Heben und Senken der Reglermuffe auf das Stellzeug einwirken, welches abhängig von der jeweiligen Zwischenstellung innerhalb der beiden Grenzlagen eine ganz bestimmte Dampf- oder Wassermenge in die Maschine einläßt und dadurch eine dieser Menge entsprechende Leistung zu entwickeln gestattet. Meistens sind derartige Regulatoren so eingerichtet, daß der tiefsten Hülsenstellung die Höchstleistung, und der höchsten Hülsenstellung die Mindestleistung, d.h. Leerlauf entspricht. Textabbildung Bd. 329, S. 595 Abb. 7. Jeder Zwischenstellung der Reglerhülse wird somit ein ganz bestimmter, zwischen Höchstwert- und Leerlauf liegender Wert der Leistung entsprechen, vorausgesetzt natürlich, daß der Druck des Admissionsdampfes oder Wassers konstant gehalten wird, welche Voraussetzung in einem geordneten Betrieb zutrifft. Der Apparat, Ausführungsform I (Abb. 4), besteht aus einem an zwei Federn b aufgehängten, um Punkt 5 drehbaren, ausbalancierten Massenpendel c, welches bei d eine Schreibfeder trägt und durch den Antriebshebel a eingestellt wird. Textabbildung Bd. 329, S. 596 Abb. 8. Wird der Hebel a in seine Höchstlage gebracht, so steht die Schreibfeder im tiefsten Punkt, geht der Hebel a allmählig in eine Tieflage über, so wird die Schreibfeder in gleichem Maße in ihre Höchstlage übergeführt. Die Schreibtrommel e ist mit einem Uhrwerk versehen und macht je nach dessen Ausführung eine volle Umdrehung in einer, in 12 oder 24 Stunden. Textabbildung Bd. 329, S. 596 Abb. 9. Die Wirkung des Massenpendels tritt dann in die Erscheinung, wenn der Antriebshebel a, wie es bei der praktischen Verwendung des Apparates vielfach vorkommt, kleinere Schwingungen um seine jeweilige Lage ausführt. Diese Schwingungen werden von dem Massenpendel in Verbindung mit den Aufhängefedern abgedämpft und dadurch von der Schreibfeder ferngehalten. Falls an einer Maschine derartige kleinere Schwingungen nicht auftreten, so kann das Massenpendel mit seiner Federaufhängung durch ein einfaches Gelenkparallelogramm ersetzt werden, wie in Abb. 5 angedeutet. Die Verbindung mit dem Regler der zu untersuchenden Maschine geschieht am einfachsten nach Abb. 6 in folgender Weise: Man legt die Stellungen des Regulatorhebels für Stillstand der Maschine (tiefste Stellung) und für Lehrlauf bei möglichst weit geöffnetem Admissionsventil (höchste Stellung) fest und bestimmt danach den Hub h1 des für den Antrieb des Apparates gewählten Anschlußpunktes a. Dann stellt man das Gewicht des Antriebshebels, an welchem die Anschlußöse für die Antriebsschnur befestigt ist, derart durch Verschiebung auf der Antriebsstange a (s. Abb. 4) ein, daß der Hub h2 bei vollem Ausschlag der Stange a dem Hub h1 gleich ist. Hierauf wird der Apparat so in der Nähe der Maschine aufgestellt, daß die Veibindungsschnur m bei Uebergang von der Höchstlage in die Tiefstlage möglichst keine Seitenbewegung ausführt. Textabbildung Bd. 329, S. 596 Abb. 10. Wird durch die örtlichen Verhältnisse ein schräge oder seitlicher Schnurzug bedingt, so sind hierfür nur die Anordnungen nach Abb. 8 und 9 maßgebend, die Anordnung nach Abb. 7 ist falsch. Für die Beurteilung der mit dem Belastungsanzeiger genommenen Diagramme ist es wesentlich, zu berücksichtigen, daß während des Stillstandes der Maschine der Regulator in tiefster Stellung steht; es wird also während der Arbeitspausen eine Linie gezeichnet, welche sich mit der Linie der größten Leistung deckt. Abb. 10 gibt ein typisches Betriebsdiagramm einer Dampfmaschine mit veränderlicher Belastung wieder. Während der Zeit von ½9 bis 9 Uhr und von 12 bis 1 Uhr hat die Maschine gestanden, desgleichen vor 6 Uhr morgens und nach 6 Uhr abends. Textabbildung Bd. 329, S. 596 Abb. 11. In welcher Weise der Apparat an eine Maschine mit Kulissensteuerung angebaut wird, zeigen die Abb. 11 und 12. Hierbei muß die Mittelstellung der Kulisse, welcher der Stillstand der Maschine entspricht, besonders im Diagramm angezeichnet werden, so daß dieses drei Grundlinien aufweist: nämlich Höchstlast für Vorwärtsgang, Mittelstellung der Kulisse und Höchstleistung für Rückwärtsgang. An Versuchen aus der Praxis mit diesem Apparat seien folgende angeführt, welche von Ingenieur Szaynok angestellt sind. Erster Versuch: Bei der Abnahme eines Dieselmotors wurde eine auffallende Unregelmäßigkeit beobachtet. Die Prüfung des Motors mit Hilfe eines Tachographen war wegen Raummangels unmöglich. Mit Hilfe des Tachometers konstatierte man Abweichungen der Umdrehungszahl bis zu 15 v. H. Nach Aufstellung des registrierenden Belastungsanzeigers, die ohne Unterbrechung des Betriebes erfolgt, erhielt man das unter Abb. 13 angeführte Diagramm. Textabbildung Bd. 329, S. 597 Abb. 12. Die Zahlen unten am Diagramm bezeichnen die Stunden, die oberen Punkte der Kurve die tiefste Lage des Regulators, somit Ruhestand des Motors bzw. Maximallast, während die untersten Punkte der Kurve den Leerlauf des Motors festlegen. Um 6 Uhr 15 wurde der Motor angestellt, lief während einiger Minuten leer, dann arbeitete er mit Belastung bis b Uhr 40, während welcher Zeit der Regler und dementsprechend auch die Drehzahl, trotz der gleichbleibenden Belastung bedeutende Schwankungen aufwies. Die abnormen Schwankungen im Diagramm zeigen diese Unregelmäßigkeit deutlich. Textabbildung Bd. 329, S. 597 Abb. 13. Auf Grund dieser Feststellung wurde der Motor, um den Fehler zu beseitigen, zwölf Minuten stillgesetzt. Das Resultat war jedoch ein negatives, wie aus dem Diagramm zu ersehen ist. Um 7 Uhr 18 hielt man den Motor nochmals an und untersuchte gründlich alle Teile des Regulators. Es kam nun zu Tage, daß der Hebel, welcher den Regulator mit der Rohölpumpe verband, sich in seinem Lager klemmte. Nach Beseitigung des Fehlers funktionierte der Motor anstandslos bei wechselnder Belastung. Sehr interessant waren die Stellen der Belastungskurve – sie ist auf dem hier abgebildeten Diagrammstreifen nicht mehr verzeichnet – als man einen zweiten Dieselmotor auf die gleiche Transmission schaltete. Da der zweite Motor auf eine zu kleine Umdrehungszahl eingestellt war, hatte der erste Motor den zweiten mitzuziehen, so daß er um dessen Leerlaufarbeit höher belastet war. Die erforderliche Einstellung des zweiten Motors wurde durch den Belastungsanzeiger wesentlich unterstützt. Textabbildung Bd. 329, S. 597 Abb. 14. Auf dem beigefügten Diagramm ist auch die Einteilung ersichtlich, welche die Arbeitsleistung des Motors, den verschiedenen Lagen des Regulators entsprechend, anzeigt, und die auf Grund von Indizierungen ermittelt wurde. Bei der anschließenden Bestimmung der Menge des verbrauchten Rohöls berechnete man die Zahl der PS-Stunden nicht ausschließlich mit Hilfe des Indikators, sondern unter Zugrundelegung der Kurve des registrierenden Belastungsanzeigers. Zweiter Versuch. Bei dem Uebernahmeversuch einer 120 PS-Dampfmaschine sollte der Dampfverbrauch für die PS Stunde konstatiert werden. Der Versuch begann um 3 Uhr nachmittags, während der Indikator eine Belastung von 95 bis 110 PS anzeigte. Das Belastungsdiagramm des Versuches ist in Abb. 14 wiedergegeben. Textabbildung Bd. 329, S. 597 Abb. 15. Ungefähr 5 Uhr 40 war der Versuchsleiter einige Augenblicke abwesend. Als er zurückkam, fand er ein inzwischen entnommenes Indikatordiagramm vor, welches 120 PS Belastung anzeigte. Ein Blick auf das Diagramm des Belastungsanzeigers führte aber zu der Feststellung, daß im Momente des Verzeichnens des Indikatordiagramms der Regulator plötzlich aus der normalen Lage gebracht war. Da nun in der Fabrik selbst eine solche plötzliche, kurz dauernde Belastung nicht Platz gefunden hatte, unterlag es keinem Zweifel, daß während der Entnahme des Indikatordiagramms von unberufener Seite der Regler niedergedrückt worden war. Dieses Beispiel zeigt die Möglichkeit des neuen Apparates als Wächter über die Konstanz der Belastung bei Garantieversuchen in eklatanter Weise. Textabbildung Bd. 329, S. 598 Abb. 16. Drittes Beispiel. Das Diagramm (Abb. 15) rührt von einem 300 PS – Gasmotor her. Die breite Flächenentwicklung, deren Ursache nicht etwa in Pendelungen des Reglers oder des Instrumentes, sondern in Belastungsschwankungen der Maschine zu suchen ist, sowie die vielen Spitzen legen ein beredtes Zeugnis dafür ab, wie wenig zuverlässig es ist, bei derartigen Versuchen die mittlere indizierte Leistung aus Indizierungen zu berechnen, die nur alle fünf Minuten oder noch seltener vorgenommen werden. Als viertes Beispiel sei noch ein Versuch aus der Praxis des Unterzeichneten angefügt. Während des Dampfverbrauchversuches an einer zweizylindrigen Verbundmaschine, der in üblicher Weise mittels einfacher Indizierungen durchgeführt wurde, war an den Regler der Maschine ein Belastungsanzeiger angehängt. In Abb. 16 ist die aus den Indikatordiagrammen ermittelte Maschinenleistung in Unabhängigkeit von der Zeit aufgetragen. Abb. 17 gibt das Diagramm des Belastungsanzeigers für die gleiche Zeit wieder. Der Vergleich der beiden Diagramme läßt die auffallende Uebereinstimmung des Verlaufes beider Kurven deutlich hervortreten. Nicht uninteressant ist noch folgendes Beispiel: Eine Holzsägerei, die bislang mit Transmission durch eine Dampfmaschine betrieben war, hatte elektrischen Betrieb eingerichtet; die Anlage war von einer kleinen Installationsfirma ohne Hinzuziehung einer sachverständigen Beratung ausgeführt; die Dynamomaschine für Lieferung des Kraftstroms wurde mittels Riemens von der vorhandenen Dampfmaschine aus angetrieben. Nach Inbetriebsetzung zeigte sich, daß die Motoren der Arbeitsmaschinen in der Drehzahl nachließen, weil die Spannung bei Belastung abfiel. Der Installateur behauptete, die Dampfmaschine sei zu schwach. Zur Prüfung der Frage wurde der Belastungsanzeiger an die Dampfmaschine angesetzt und während mehrerer Tage beobachtet. Die Diagramme ergaben keinen Anhalt für die Ueberbelastung der Dampfmaschine. Nunmehr wurde in die Nachprüfung des elektrischen Teils eingetreten mit folgendem Ergebnis: Die Dynamomaschine war eine Nebenschlußmaschine, deren Drehzahl überdies 20 v. H. über dem normalen Wert lag. Durch Aufstellung einer Maschine mit Compoundwicklung war der Fehler zu beseitigen. (Schluß folgt.) Textabbildung Bd. 329, S. 598 Abb. 17.