Maschinentechnisches Versuchswes()n, Band 1 Technische Messungen bei Maschinenuntersuchungen und zur Betriebskontrolle Zum Gebrauch in Maschinenlaboratorien und in der Praxis Von Professor Dr.-Ing. A. Gramberg Oberingenieur an den Höchster Farbwerken Vierte, vielfach erweiterte und umgearbeitete Auflage Mit 326 Figuren im Text Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH 1920 ISBN 978-3-662-35427-8 ISBN 978-3-662-36255-6 (eBook) DOI 10.1007/978-3-662-36255-6 Alle Rechte, insbesondere das der übersetzung in fremde Spracben. vorbehalten. Copyright 1920 by Springer-Verlag Berlin Heide1berg Ursprünglich erschienen bei Julius Springer in Berlin 1920 Softcover reprint of the hardcover 4th edition 1920 Vorwort. Die dritte Auflage der Technischen Messungen war bald nach Kriegsende vergriffen. Da sich infolge der veränderten Zeitumstände ein reges allgemeines Interesse für die Betriebskontrolle ergab, so mußte in der neuen Auflage diesen veränderten Verhlj,ltnissen Rechnung ge tragen werden. Da auch meine eigene Tätigkeit jetzt die Betriebskon trolle umfaßt, so wird sich der Schwerpunkt des Buches mehr und mehr von den Bedürfnissen des Laboratoriums auf jenes Gebiet ver legen. Das Ziel des Buches ist nach ·wie vor die wissenschaftliche Begrün dung und Vertiefung des technischen Meßwesens, nicht jedoch eine Beschreibung aller vorhandenen Konstruktionen. Manche theoretische und physikalische Ableitung ist daher ausführlicher, als den Bedürf nissen der alltäglichen Messung entspricht; besonderen Fällen wird das zugute kommen. Folgende Teile sind in der dritten Auflage ganz erneuert oder hinzu gekommen: § 6 und 6a sowie 10 bis 12. Darlegungen zur Theorie der In- strumente, § 72. Dampfmesser, § 97 bis 101. Thermometrie. Temperaturmessung, § 106. Psychrometrie, sämtlich auf Grund eigener Erfahrungen und Forschungen. Bei der Bearbeitung des Kapitels über Thermometrie wurde jedoch der ausge zeichnete Aufsatz von Hoffmann sowie das Buch von Knoblauch u. Henck y (siehe Literaturverzeichnis) gebührehd berücksichtigt und benutzt. Kleinere Ergänzungen finden sich überall zerstreut, genannt seien folgende: § 3. Dimension bei Wärmegrößen. § 29. Richtkraft von Manometern. § 49. Chemische Messung von Wassermengen. § 52. Messung heißer Flüssigkeiten, Stichprober. § 56. Mehrere Zusätze, z. B. Messungen vor Gittern. § 59. Ausflußzahlen für Sole und verschieden temperiertes WaHRer. § 58. V-Wehr. § 63. Druckmultiplikator. § 70. Halbautomatische Kohlenwage. § 76. Berechnung der Bremsdynamometer. § 78. Prüfstand für Flugmotoren. § 120. Neuere Rauchgasanalysatoren. IV Vorwort. Durch dieRe Erweiterung wuchs der Umfang von 391 auf 484 Seiten, obwohl einige Darlegungen der ersten Kapitel fortblieben, die in Be sprechungen als all zu einfach bezeichnet wurden. Trotzdem habe ich manches, was diesen Vorwurf verdienen möchte, beibehalten, da we sentlich alles durch Erfahrungen bedingt war, wonach Verstöße vor kommen. Inzwischen erschien im Oktober 1918 der zweite Band, unter dem Titel: "Maschinen untersuchungen und das Verhalten der Ma schinen im Betriebe", im Umfange von 500 Seiten. Die zweite Auflage desselben ist zur Zeit in Vorbereitung. Da zwischen beiden Bänden mehrfach Verweisungen vorkommen, so ist es erwünscht, beliebige Auflagen beider Bände miteinander benutzbar zu machen. Alle Ver weisungen geben daher 'nicht Seiten, sondern Paragraphen an, und die Paragraphen werden in der Numerierung nicht verändert werden, so lange das durchführbar ist; neue Paragraphen sollen vielmehr durch Buchstaben gekennzeichnet werden. Ein bedauerliches Versehen in den Formeln über Durchflußöffnun gen war in die dritte Auflage während der Korrektur hineingekommen, als solches kenntlich, da die Figuren (Fig. 125 u. a. dieser Auflage) in Ordnung waren; das Versehen trug mir zahlreiche Zuschriften ein. Ich werde auch in Zukunft dankbar dafür sein, wenn ich auf Irrtümer oder Versehen aufmerksa~ gemacht werde oder wenn ich Vorschläge zu Änderungen irgendwelcher Art erhalte. Besonders bitte ich, Ver suchsergebnisse und Erfahrungen über die im Buch besprochenen In strumente und Methoden an mich gelangen zu lassen. Frankfurt a. M., Bürgerstr. 68, 9. Juni 1920. Anton Gramberg. Inhaltsverzeichnis. r. Einheiten und Dimensionen. Seite 1. Messen nach Einheiten I Grundeinheiten, zusammengesetzte Einheiten. 2. Dimensionen . . . . . . . . . . . . . . 1 Grundeinheiten; Dimension, Homogenität von Gleichungen, Berechnung des Maß stabes von Schaubildern. 3. Praktische Einheiten .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ., 3 Leistangs- und Arbeitseinheiten ; Wärmegrößen. 4. Technisohe und physikalische Grundeinheiten 5 Technisches Maßsystem, cgs-System. H. Eigenschaften der Instrumente. 5. Allgemeines. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 6. Skaleninstrumente . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Gleichmäßige, erweiterte, verjüngte Skala; Skalen mit unterdrücktem Nullpunkt. Parallaktischer Fehler. Genauigkeit der Messung. Statisches Verhalten der In strumente, Ungenauigkeit und Unempfindlichkeit, elastische Nachwirkungen. 6a. Statische Theorie der Skaleninstrumente . . . . . . . . . . . .. 9 Verstellkraft; innere und äußere Richtkraft bei gleichmäßiger und ungleichmäßiger Skala, Versuch am fertigen Instrument. 7. Dynamisches Verhalten der Skaleninstrumente . . . . . . . . . 14 Eigenschwinguugszahl und -zeit, Widerstäude, aperiodische Instrumente. Ein- fache und doppelte Dämpfung. . 8. Konstruktive Maßnahmen ......' . . . . . . . 21 9. Messung periodisch schwankender Gräßen . . . . . . 22 Messuug des Mittelwertes; Untersuchung der Schwankungen. 10. Ausgleichinstrumente und -methoden ....... . 23 Nnllmethoden. 11. Zählende Instrumente; Meßenergie 25 Zählende Instrumente. Energieaufnahme, dauernder Energieverbrauch. Fern meldung. 12. Schreibende Instrumente. . . . . . . 27 13. Ausführung von Eichungen, Darstellung der Ergebnisse 29 Kennlinie, Korrektion. IH. Beobachtung und Auswertung. 14. Ablesung 31 Parallaktische Fehler, Anklopfen; einfache Maßnahmen zur Erhöhung der Ge nauigkeit. 15. Übliche· Fehler bei der Auswertung 32 Prozentrechnungen; Bilden von Mittelwerten; quadratischer, Wurzelmittelwert; kuhischer, logarithmischer usw. Mittelwert; von reziproken Werten. 16. Verallgemeinerung: Beharrungszustand der Maschinen . . . . . . . 34 VI Inhaltsverzeichnis. Seite 17. Genauigkeit der Zahlenangaben. . . . . . 35 Stellenzahl bei den Ablesungen und Rechnungen, Genauigkeit des Gesamtergeb nisses; Genauigkeit von Korrektionen; Differenzmethoden, Unsicherheiten in den physikalischen Grundlagen. 18. Darstellung von Ergebnissen; Fehlermaßstab ........... 38 lHittelwert, mittlerer Fehler, stark abweichende Werte, zufällige und systema tische Beobachtungsfehler ; graphische Darstellung, Schaubild; Änderung der dargestellten Größen,zwei Größen wirklich verändert. Kurvenscharen. IV. Längenmessung. 19. Einheiten; Druck und Temperatur 42 Nenn - und Sollänge. 20. Längenmeßinstrumente 43 Maßstab, Schublehre, N oUius, End- und Strichmasse ; Schraublehre, Schrauben mikrometer; Meßmaschine. V. Flächenmess~ng. 21. Planimeter . . . . . 46 Polarplanimeter ; Theorie des Planimeters, Nullkreis. Pol im Iunern der :Figur, Folgerungen aus der Theorie; Genauigkeit des Planimeters, Scheiben planimeter, Rollplanimeter, Stangenplanimeter, Integraphen. 22. Simpsonsche Regel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 VI. Messung der Spannung. 23. Einheiten 53 Spezifischer Druck, Spannung, Einheit der Spannung, Flüssigkeits- oder Gas säule, englisches Maßsystem. 24. Absoluter Druck, Überdruck, Vakuum. . . . . . . . . . . 56 Überdruck, Unterdruck, absolute Spannnng, Vakunmangabe, Beispiel, Prozent teilung der Vakuummeter, Temperaturteilung bei Kühlanlagen. 25. Federmanometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Röhrenfedermanometer, Plattenfedermanometer, Anbau mit Schleife nnd Hahn. 26. Flüssigkeitsmanometer ..................... 60 Quecksilbermanometer, TeUlperaturberirhtignng, abgekürztes Barometer, Wasser manometer, Anwendung zweier Flüssigkeiten. 27. Messung kleiner Spannungen und kleiner Spannungsunterschiede 63 Zngmesser, Verwendung zweier Flüssigkeiten, Re c kn a gel sches Mikromanometer, Eichung des Mikromanometers. Manometerflüssigkeiten. 28. Differcntialmanomctcr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 29. Eichung von Manometern; Kolbenmanometer, Schreibmanometer 71 Kolbenmanometer oder Kolbenpresse, Kontrollrnanometer. Richtkraft von Mano metern. 30. Anbau der Manometer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Druckhöhe einer Wasserpumpe, }'örderhöhe, Entnahme der ~pannung bei fließen- dem Medium, innerer Druck, dynamischer Druck, Gesamtdruck, Ablesung von Dampfspann ungen. 31. Dampfspannung und Temperatur; Barometerstand . . . . . . . . . 77 Feststellung des Barometerstandes, Siedeapparat. Benntzung des Wetter berichtes in Zeitungen. VII. Messung der Zeit und der Geschwindigkeit. 32. Stechuhr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Uhr, Uhrzeit, Zeitdauer, Stechuhr, Doppelstechuhr. 33. Einheiten der Geschwindigkeit . . . . . . . . 79 Fortschreitende Geschwindigkeit, Winkelgeschwindigkeit, Umläufe, Drehzahl. 34. Übersicht der Meßmethoden; Beziehungen zwischen fortschreitender und Winkelgeschwindigkeit .................'.... 81 Inhaltsverzeichnis. VII Seite 35. Zählwerk. . . . . . . . . . . . . . . . 82 Umlaufz ähler, Zählwerk, Sperrkegelschaltung, Ankerschaltung, Zehnerschaltung, größere Drehzahlen. 36. Tachometer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Fliehpendeltachometer, Wirbelstromtachometer, Flüssigkeitstachometer, Bifluid tachometer ;Sonderzwecke, Fernablesung ; Antrieb der Tachometer, Meßbereich. 37. ·Handinstrumente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Hltndzählwerk, Handtachometer . 38. Vergleich. . . . . . . . . . . 90 Zählwerk und Tachometer. 39. Nicht gleichförmige .Geschwindigkeiten 91 Ursachen der Ungleichförmigkeiten, H or n scher Tachograph, Weg-und Zeitmarken, fortschreitende Geschwiudigkeit. Verschiedeue Methoden zur Untersuchung der Ungleichförmigkeit. 40. Hydrometrischer Flügel 96 Flügelgleichung, Eichung. 41. Anemometer . . . . . . 99 Flügelradanemometer, Schalenkreuzanemometer, Anemotachometer, Eichnng; Rundlaufapparat, Mitwind, Freilaufeichung, Zwanglaufeichung ; statische Ane mometer. 42. Staugeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . '.' . 104 Staudruck, statischer Druck, Gesamtdruck. Pi tot rohr; Geräte von Pr a n d t I und Brabbee. Vergleich mit umlaufenden Instrumenten. VIII. Messung der Stoffmimge. 43. Einheiten; Gewicht, Volumen, spezifisches Gewicht. 109 Gewicht, Raummaß, spezifisches Gewicht, Dichte, ltelativgewicht, Einfluß der Temperatur. 44. Reduziertes und unreduziertes Volumen bei Gasen. Einfluß der F6lUchtig- keit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 Bedeutung des reduzierten Volumens als Gewichtsangabe, Beispiele, euglisches Maßsystem, Eiufluß der Feuchtigkeit. 45. Wann Gewicht, wann Volumen angeben ..... 113 Beispiele: Arbeitsbedarf der Pumpe, des Ventilators, Luftlieferung des Gebläses. 46. Spezifisches Gewicht von Flüssigkeiten . . . . . . . . . . . . . . 115 Aräometer, Gewichtsverlust eines Senkkörpers, Gewichtsaräometer. 47. Spezifisches Gewicht von Gasen ............ . 117 Schilling-Bunsenscher Ausfiußapparat, Gaswage, Gassäulellwagen, Unter schied oder Verhältnis der spezifischen Gewichte. Umrechnung der Ablesung auf normale Verhältnisse. 48. Meßmethoden zur Mengenermittlung 122 Messung einer abgeschlossenen Menge, Messung dauernd ström~mder Flüssigkeits-, Gas- oder Dampfmengen. übertragbarkeit einer Meßmethode, Verwendbarkeit eines Meßinstrumentes für Messung anderer Stoffe. Messung heißen Kondensates. 49. Mengenermit'tIung nach der Mischungsregel . . . . . . . . . . . . 125 Beispiele: Luftverbrauch der Gasmaschine, freiwilliger Luftwechsel eines Raumes, große Wassermengen in Turbinenanlagen, chemische Messung mit Natriumthio sulfat, Messung durch Farbstoffzusatz. a) Versuchsanordnungen zur Mengenbestimmung. 50. Wägen ......................... 129 Auftrieb der Luft, Hrückenwage, Rntlastung, ]'orm einer zu beschaffenden Wage: Laufgewichtswage oder Gewichtswage, Hilfslaufgewicht, Eichung und Eichungs vorschriften, 51. Messen und Wägen von Flüssigkeiten. . . . . . . . . . . . . . . 134 Tara, Brutto-und Nettogewicht, Einfüllen in geeichte Gefäße, Einfluß der Tem peratur, Eichung z. B. durch Zusatz von Chemikalien. 52. Dauermessungen .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Abreißspitze. Heißes Kondensat. 8tichprober. VIII Inhaltsverzeichnis. Seite 53. Volumetrische Ermittlung von Gasmengen . 138 Meßglocke, Auffüllmethode, Ausblasmethode, Beispiel: Luftlieferung und Liefe· rungsgrad eines Kompressors. 54. Ermittlung von Dampfmengen durch Kondensatmessung 142 55. Mengenermittlung aus dem Indikatordiagramm 143 Beispiele: Volumetrischer Wirkungsgrad eines Kompressors, Dampfverbrauch eiuer Dampfmaschine. 56. Mcngenermittlung aus der mittleren Geschwindigkeit . 145 Wassermenge in Flußläufen uud Turbinenkanälen, Abweichung der Achse von der Strömrichtung, Luftmengen bei Lüftungs-oder Kühlanlagen, I,uftwechsel eines Auf enthaltsraumes, Öffnungen mit Gitter, Integrierung der Menge in kreisrunden Rohr leitungen . .5 7. Wassermessung mittels Schirm . . . 150 58. Wehrmessungen . . . . . . . . . . 151 Theorie, Abflußzahl k, Überfälle ohne und mit Seitenkontraktion, sowie bei sehr weitem Zulaufgraben; das Wehr, Messung der Standhöhe, Wehrbreite. V-Wehr. N ullpnnkt der Standhöhe . 59. Ausflußöffnungen an Gefäßen . . . . . . . . . . . . . . 158 Geschwindigkeitshöhe, Druckhühe, Ausllußzahl k, Mündung, Düse, Kontraktions zahl,n, verschiedene Flüssigkeiten:Wasser, Eichung der Öffnung, schwankende Aus- fluß mengen : B rau e r sches Verfahren, Verwendung von ·Mündung oder Düse. 60. Ausflußöffnungen an Rohrleitungen .......... 166 Öffnungsverhältnis, Vorgeschwindigkeit, Art der Druckentnahme, Ausfluß von Luft. Strahlregler. 61. Durchflußöffnungen an Rohrleitungen. . . . . . . . . . 173 Scharfkantige Mündungen in glatter Rohrleitung, Ausflußzahl, Berichtigungs- zahl, Bedinguugen für die Versuche, Versuche der Kommission für die Regeln für Leistungsversuche an Ventilatoren; Düse oder Mündung, Normaldüse, Empfind lichkeit für Störungen. Verweis auf Ergänzung Seite 489. 62. Einströmung in eine Leitung. . . . . . . . . . . . . . . . 180 63. Venturirohr. . . . . . . . . . . . . . . 181 Anzeige deg a.ugenblicklichen Wasserdurchgangs; Partialwassermesser. :Messung von Luft· und GJsmengen, Hochdruckdampf und Preßluft. Druckmultiplikator. b) Zähler für dauernde Mengenmessung. 64. Übersicht 185 Gewicht oder Volumen, Verwendnngsgebiet der Zähler; Bauarten; Motorzähler, Kippmesser, Strömungsmesser; Energie-und Druckverlust; Verhalten bei kleinen Durchflnßmengen, Empfindlichkeit, Unabhängigkeit vom spezifischen Gewicht; Kesselspeisewassermesser ; Eichung. 65. Kolbenmesser . . . . . . . . . 190 Kolbenwassermesser: ::lchmidt, Eckardt; Druckluftmesser. 66. Kreiselradmesser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 Flügelradwassermesser, rückmessende l!'lügelrad wassermesser, l~instrahlmesser; Nennleistung; Trocken-unu. N aßläufer, Wassermesserverbindungen, Wo lt man n - Wassermesser. 67. Kapselmesser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 Zwangläufige Förderung; Scheibenwassermesser; Verwendung für Druckluft. 68. Gasmesser . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 Nasse Gasmesser; Druckverlust ; er 0 ß I e y -Trommel, Experimentier-oder Stations messer ; Beobachtung von Druck und Temperatur; Ki n g scher iJberiauf. Trockene Gasmesser. Eichung. Kubizierapparate. 69. Kippmesser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 Offene Wassermesser, Messer für körniges Fördergnt. 70. Kontinuierliche und automatische Wägung 209 Selbsttätige Wage für körniges Gut. Automatische Wage, halbautomatische Kohlenwage von Schenck. 71. Strömungsmesser für große Mengen. . . . . . 213 Integrierung der Menge nach der Zeit: mechanisch betätigter Hebel, Partialwasser. messer, Planimetrierrad, Anwendung der Mischungsregel ; Thomasmesser für Gas. Inhaltsverzeichnis. IX Seite 72. Dampfmesser . . . . . . . . . . . . . . 216 Dampfzeiger, Dampfuhr, Dampfmesser im engeren Sinn. Einfluß des spezifischen Gewichtes. Auswertung, Messerkonstante. a) Schwimmerdampfmesser. Bayer· Messer, Theorie, Meßgenauigkeit. Rhenania -Messer, Claaßen -Messer. b) Mündungsdampfmesser. IX) Die Mündung. ß) Die Verbinduugsrohre. r) Das Differentialmauometer. Eiufaches U-Rohr, erweiterte Skala. Betriehs· schwierigkeiten, Geuauigkeit bei kleiner Meuge. Hallwachs -Dampf messer. Differentialmanometer von Gehre. Geuauigkeit bei kleiner Meuge. Besondere Einbauarten. Dampfströmmig in bei den Richtungen, Nähe vou Kolbenmaschinen, intermittierende Dampfströmung. IX. Messung von Kraft, Drehmoment, Arbeit, Leistung. 73. Übersicht ............ ............ 254 Kr~ft, Arbeit, Leistung im Gleichgewicht und Beharruugszustaud; Beschleuni gungs-oder Verzögernngszustände; drehende Bewegung, Drehmomeut im Gleich gewichtszustand, Beharruugszustaud, Beschleunigungs-nnd Verzögerungszustand. 74. Einheiten ........................... 256 Deutsches und englisches Maßsystem. 75. Dynamometer für Kraftmessung 258 Federwage, hydraulisches Dynamometer, Meßdosc, Zugkraftmesser zur Unter suchung landwirtschaftlicher Maschinen. 76. Bremsdynamometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 Doppelte Aufgabe: Erzeugung und Messuug des Drehmomentes; Pronyscher Zanm, Elastizität, statische Verhältnisse; Bandbremse, zuverlässige Hubbegreu- zung, Abmessuugen eiues Bremszaumes, Ausführuug der Bremsuug; selbstregelude Bremseu, Ausgleichung des Eigengewichts; Sei/bremse, Wirbelstrombremse, Hyste resisbremse ; Zusammenarbeiten der Bremse mit der abgebremsten Kraftmaschine. 77. Einschaltdynamometer und entsprechende dynamometrische Meß- methoden ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 Eiuschalt- (Trausmissions-) dyuamometer, dynamometrische Meßmethodeu, Ge triebedyuamometer; Zahndruckdynamometer, Zahndruckdyuamometer von Amsler -Laffon,'Eigenreibung; Riemendyuamometer; Wiegedyuamometer, Fi· schinger -Dynamometer; hydraulische Dynamometer; Benutzuug einer Welle oder Kupplung als Meßfeder; Föttinger -Dynamometer, Bedeutung der Trans missionsdyuamometer. 78. Bestimmung der Leistung aus dem Rückdruck ........ . . 289 Gestell der Dynamomaschine pendelud, Gestell der zu untersuchenden Maschiue pendelud, Pendeldynamo, Pendelmotor, Prüfstaud für Flugmotoreu der DVL. 79. Elektrische Leistungsmessung 294 80. Vernichtung der elektrischen Energie 295 Drahtwiderstände, GJühlampenwiderstände, WasserwiderBtände. 81. Ermittlung von Krl1ft und Drehmoment aus Beschleunigungsverhältnissen, insbesondere zur Bestimmung von Eigenverlusten . . . . . . . . . 298 Fortschreiteude und umlaufeude Beweguug; Ermittlung von Trägheitsmomenten; Spiegelderivator zur Ermittlung von Differentialquotienten, Spiegellineal; Bei spiel: Ermittluug der Eigenverluste eiuer Wirbelstrombremse; Bildeu von Diffe renzen; Methode des doppelteu Auslaufversuchs. X. Der Indikator. 82. Kolbenwegdiagramme. Indizierte und effektive Leistung 308 Indikatordiagramm, indizierte Leistung, effektive Leistung, Bremsleistung, An trieblei.tung. 83. Bauarten des Indikators 309 Warm- und Kaltfederinstrumente; Schreibzeug, Rollen- und Hebelhubminderer, Iudikatorhahu, Atmosphärenlinie, auswechselbare Rolle, Federmaßstab; Schreib zeug, auswechselbarer Eiusatz, kleinere Kolbeu, größere als normale Kolben, Schreibgestänge, Proportionalität; Trommel, Anhaltevorrichtung; Diagramm papier; Ausführung in mehreren Größeu. 84, Handhabung des Indikators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321 Aufnahme eines Diagramms.