Leistungsmessung des Wasserantriebs der Saagi Steffisburg
öIm September 2023 wurde die Leistung des Wasserrads gemessen, jedoch nicht am Wasserrad selbst, sondern nach den beiden Zahnradübersetzungen.
Das erste Zahnrad auf der Achse des Wasserrads hat 150 Zähne und treibt das zweite mit 43 Zähnen an. An dessen Zwischenachse läuft ein Transmissionsriemen für den Vorschub und den Rücklauf des Schlittens, auf dem das Sägegut befestigt ist, und ein weiteres grosses Zahnrad mit 120 Zähnen, das ein letztes Zahnrad mit 44 Zähnen antreibt – totale Übersetzung 9.5 x. Ab dessen Zwischenachse läuft eine mächtige Transmission mit breitem Lederriemen für den Kurbelantrieb des Sägeblatts (Untersetzung 1.44 x). Für die Messungen an dieser gut zugänglichen Zwischenachse war das Sägewerk ausgeschaltet, aber die zwei Riemen, mindestens 3 Achsen und 10 grosse Gleitlager liefen alle mit.
Die Messeinrichtung bestand aus einem «Pronyschen Zaum», einem zwei Meter langen Hebel mit Bremsbacken aus Holz, welche die Achse (80 mm Durchmesser) umklammerten und mit Schrauben fester oder weniger fest angezogen werden konnten (siehe Bild oben). Das andere Ende des Hebels wurde durch eine Federwaage gehalten. Diese zeigte wegen des Gewichts des Hebels ohne Belastung 3 kg (knapp 30 Newton) an, was von den Messwerten abgezogen wurde. Es konnten unter Drehung maximal ca. 250 Nm Drehmoment gemessen werden, deutlich weniger als das mögliche Maximum, jedoch begannen bereits unter diesem Wert die Bremsbacken zu quietschen und der Hebel zu vibrieren, trotzt Kühlung und Schmierung durch Wasser.
Das erste Zahnrad auf der Achse des Wasserrads hat 150 Zähne und treibt das zweite mit 43 Zähnen an. An dessen Zwischenachse läuft ein Transmissionsriemen für den Vorschub und den Rücklauf des Schlittens, auf dem das Sägegut befestigt ist, und ein weiteres grosses Zahnrad mit 120 Zähnen, das ein letztes Zahnrad mit 44 Zähnen antreibt – totale Übersetzung 9.5 x. Ab dessen Zwischenachse läuft eine mächtige Transmission mit breitem Lederriemen für den Kurbelantrieb des Sägeblatts (Untersetzung 1.44 x). Für die Messungen an dieser gut zugänglichen Zwischenachse war das Sägewerk ausgeschaltet, aber die zwei Riemen, mindestens 3 Achsen und 10 grosse Gleitlager liefen alle mit.
Die Messeinrichtung bestand aus einem «Pronyschen Zaum», einem zwei Meter langen Hebel mit Bremsbacken aus Holz, welche die Achse (80 mm Durchmesser) umklammerten und mit Schrauben fester oder weniger fest angezogen werden konnten (siehe Bild oben). Das andere Ende des Hebels wurde durch eine Federwaage gehalten. Diese zeigte wegen des Gewichts des Hebels ohne Belastung 3 kg (knapp 30 Newton) an, was von den Messwerten abgezogen wurde. Es konnten unter Drehung maximal ca. 250 Nm Drehmoment gemessen werden, deutlich weniger als das mögliche Maximum, jedoch begannen bereits unter diesem Wert die Bremsbacken zu quietschen und der Hebel zu vibrieren, trotzt Kühlung und Schmierung durch Wasser.
Gleichzeitig wurde die jeweilige Drehzahl gemessen mit einem Fahrradtachometer, welcher normalerweise die Geschwindigkeit an einem Rad angibt, welches mit einem Magneten für den Sensor ausgerüstet ist. Am Zahnrad wurden vier Magnete angebracht, um brauchbare Werte ablesen zu können. Die höchste Drehzahl wurde im Leerlauf bei 85 Umdrehungen pro Minute gemessen, die tiefste bei vollem Wasserfluss - und maximaler Leistung - 30 UPM.
Der maximale Wasserfluss des Mülibachs war zu dieser Zeit ca. 200 Liter pro Sekunde, abgelesen an der Pegelplatte beim Werkhof der Gemeinde. Weitere Messungen erfolgten bei reduziertem aber unbekanntem Zufluss. Die Abbildung zeigt die Leistung bei diesen angenommenen 200 Liter/s. Die höchste Leistung um 750 Watt (ca. 1 PS) und der beste Wirkungsgrad um 37% scheinen zunächst gering, sind jedoch normal, denn sie beinhalten auch die Zahnradübersetzungen, mitlaufenden Transmissionsriemen und mit Fett geschmierte Gleitlager. Bei der gemessenen Fallhöhe (1.15 m Differenz der Sohlen) ergeben 200 Liter/s ca. 2250 W Wasserleistung. Diese wird für die Wirkungsgradkurve auf 2 kW abgerundet, da die Messungen sehr grob sind und die tatsächlich wirksame Fallhöhe je nach Wasserstand und Schieberstellung variiert.
Der maximale Wasserfluss des Mülibachs war zu dieser Zeit ca. 200 Liter pro Sekunde, abgelesen an der Pegelplatte beim Werkhof der Gemeinde. Weitere Messungen erfolgten bei reduziertem aber unbekanntem Zufluss. Die Abbildung zeigt die Leistung bei diesen angenommenen 200 Liter/s. Die höchste Leistung um 750 Watt (ca. 1 PS) und der beste Wirkungsgrad um 37% scheinen zunächst gering, sind jedoch normal, denn sie beinhalten auch die Zahnradübersetzungen, mitlaufenden Transmissionsriemen und mit Fett geschmierte Gleitlager. Bei der gemessenen Fallhöhe (1.15 m Differenz der Sohlen) ergeben 200 Liter/s ca. 2250 W Wasserleistung. Diese wird für die Wirkungsgradkurve auf 2 kW abgerundet, da die Messungen sehr grob sind und die tatsächlich wirksame Fallhöhe je nach Wasserstand und Schieberstellung variiert.
Eine nachfolgende Abbildung zeigt Drehmoment-Kennlinien. Hier hat es zwei Messpunkte mehr: einen bei Null Drehzahl und ca. 350 Nm bei stark reduziertem Durchfluss (Kurve «noch weniger» und einen bei Null Drehmoment aber nur 13 UPM, aufgenommen bei nur ganz minimalem Wasserfluss.
Theo Schmidt 8.10.2023
Theo Schmidt 8.10.2023
