LEYBOLD DIDACTIC GMBH Gebrauchsanweisung 388 22 ...

Physik Chemie ⋅ Biologie Technik LEYBOLD DIDACTIC GMBH
12/96-Ldbg/Brs/Sf-
Der Gerätesatz dient zur quantitativen Bestimmung der Leistungsbilanz
des Heißluftmotors und enthält Zubehörteile zur
mechanischen Leistungsbremsung des Heißluftmotors
(388 18) oder des Experimentiermotors (347 35), zur berührungslosen
Drehzahlmessung, zur Drosselung und Temperaturmessung
des Kühlwasserstromes beim Heißluftmotor und
zur elektrischen (meßbaren) Kompensation der Kälteleistung
beim Betrieb des Heißluftmotors als Kältemaschine oder Wärmepumpe.
Versuchsbeispiele:
• Kalorische Bestimmung der Reibungsverluste des Heißluftmotors
• Bestimmung des Wirkungsgrades der Wärmepumpe
• Bestimmung des Wirkungsgrades der Wärmekraftmaschine
Literaturhinweis:
Monografie: Der Heißluftmotor - Versuche zur Thermodynamik
der Kreisprozesse - (Kat.-Nr. 388 231)
1 Sicherheitshinweise
• Nicht in rotierende Teile der Versuchsanordnung greifen.
Sicherstellen, daß lange Haare, Schals u.ä. nicht von rotierenden
Teilen erfaßt werden können.
• Der Bremshebel muß bei allen Leistungsbremsversuchen
auf der Bremsnabe leicht bewegbar bleiben;
Winkelabweichungen von der Horizontallage durch Stativmaterial
begrenzen (Fig. 7) und keine Teile des Bremshebels
über die Tischkanten hinausragen lassen.
• Der Heißluftmotor darf infolge Bremsung nicht zum Stillstand
kommen, weil dies den Motor beschädigen würde.
• Die Heizwendel darf weder den Glaskörper des Thermometers
noch den Verdrängerkolben des Heißluftmotors berühren;
sie darf nur eingeschaltet sein, wenn der Heißluftmotor als
Wärmepumpe in Betrieb ist.
• Keine nachgiebigen Schläuche verwenden! Sie lösen sich
nicht nur leicht, sondern beeinträchtigen auch den gleichmäßigen
Wasserfluß.
• Alle neuen Gummidichtungen und Schläuche (aus 388 22)
durch Auskochen von Talcum befreien, um Verstopfungen
durch Talcumreste zu vermeiden.
• Um Verbiegungen zu vermeiden, Bremshebel nicht unter
Spannung zusammengeschraubt auf der Bremsnabe aufbewahren!
• Bei Temperaturen über 50° kann das Thermometer bersten.
Gebrauchsanweisung 388 22
Instruction Sheet
Zubehör zum Heißluftmotor für Leistungsbestimmung
Accessories for Hot-Air Engine for Power
Measurement
This set of accessories is used for quantitative determination of
the power balance of the hot-air engine. It includes accessories
for mechanical power braking of the hot-air engine (388 18) or
the experiment motor (347 35), for non-contact speed measurement,
for throttling and temperature measurement of the cooling-water
flow in the hot-air engine and for electrical (measurable)
compensation of the refrigerating capacity when operating
the hot-air engine as a refrigerator and heat pump.
Examples of Experiments:
• Caloric determination of the frictional losses of the hot-air engine
• Determining the efficiency of the heat pump
• Determining the efficiency of the heat engine
Literature:
The Hot-Air Engine - experiments on thermodynamics and cyclical
processes (388 232)
1 Safety notes
• Do not touch rotating parts of the experiment setup.
Make sure that long hair, scarves, etc. cannot become
caught in the rotating parts.
• During all power braking experiments, the brake lever must
remain slightly moveable in the brake hub.
Use stand material to limit angular deviation from the horizontal
position (Fig. 7). Do not allow any parts of the brake
lever to extend beyond the edge of the table.
• Do not brake the hot-air engine to a complete standstill, as
this would damage the engine.
• The heating filament must not touch the glass body of the
thermometer nor the displacement piston of the hot-air engine.
It must only be switched on when the hot-air engine is operated
as heat pump.
• Do not use sagging flexible tubings! They not only detach
easily but also affect the uniform flow of water.
• Boil all new rubber gaskets, seals and tubing (from 388 22)
thoroughly to remove talcum; this prevents clogging due to
talcum residues.
• To avoid bending, do not leave the brake lever screwed to
the brake hub when the apparatus is under voltage!
• The thermometer may burst at temperatures above 50 °C.

Fig. 1
2 Lieferumfang, Beschreibung, technische Daten
2.1 Zubehör zur mechanischen Leistungsbremsung des
Heißluftmotors oder des Experimentiermotors (Fig. 1)
� 2 Bremshebelhälften, Holz
� Gewindebohrungen
� Bremsbacken
� 2 Rändelschrauben zum Gegeneinanderschrauben und
Spannen der Bremshebelhälften
� 2 Stifte mit Öse zur Befestigung eines Kraftmessers (obere
Hebelhälfte) oder zum Anhängen von Massestücken (untere
Hebelhälfte)
� 2 Zylinderschrauben zum groben Austarieren der Bremshebelhälften
(je 2 mal M6x35, M6x12, M6x5)
� Bremsnabe zum Einspannen in das Futter des Experimentiermotors
(347 35)
Länge des Bremshebelarms (Abstand Drehpunkt - Angriffspunkt
der Kraft): 0,25 m
2.2 Zubehör zur berührungslosen Drehzahlmessung
(Fig. 2)
� Lochscheibe, Ø 160 mm
für berührungslose Drehzahlmessung mittels Lichtschranke
und Digitalzähler
� Haltemagnet
zum Anheften der Lochscheibe auf der Stirnseite der
Bremsnabe des Heißluftmotors oder der in das Futter des
Experimentiermotors (347 35) eingespannten Bremsnabe �
2.3 Zubehör zur Kühlwassertemperatur-Messung des
Heißluftmotors (Fig. 3)
� Durchflußgerät
� Haltemagnet zum Anheften des Durchflußgefäßes an dem
Holm des Heißluftmotors
� Schlauchwelle für Kühlwasserzulauf-Schlauch
� Kunststoffschlauch
� Schlauchwelle für Kühlwasserablauf-Schlauch
� Dichtscheibe
� Knebelschraube
� Dichtschiebe, Øa 16 mm; Øi 9 mm; erforderlich bei Thermometer-Einsatz
� Dichtscheibe, Øa 16 mm, Øi 0,5 mm; erforderlich bei Temperaturfühler-Einsatz
� Schraubverschluß
2
Fig. 2
Lochscheibe
Perforated disk
2 Scope of supply, description, technical data
2.1 Accessories for mechanical power braking of the
hot-air engine or the experiment motor (Fig. 1)
� 2 brake-lever halves, wood
� Threaded holes
� Brake shoes
� 2 knurled screws for screwing together and tensioning the
brake-lever halves
� 2 pins with eyes to fasten a dynamometer (upper half of
lever) or to suspend weights (lower half of lever)
� 2 cylinder-head screws for coarse counterbalancing of the
brake-lever halves (2 each M6x35, M6x12, M6x5)
� Brake hub for fitting into the chuck of the experiment motor
(347 35)
Length of brake lever arm (pivot to point of application of force):
0.25 m
2.2 Accessories for contact-free speed measurement
(Fig. 2)
� Perforated disk, dia. 160 mm
for contact-free measurement of rotational speed using
light barrier and digital counter
� Holding magnet
to fasten the perforated disk to the front of the brake hub in
the hot-air engine or the brake hub � clamped in the chuck
of the experiment motor (347 35)
2.3 Accessories for measuring the cooling-water
temperature of the hot-air engine (Fig. 3)
� Flow-through vessel
� Holding magnet to fasten the flow-through vessel to the
spar of the hot-air engine
� Hose nozzle for cooling-water inlet tubing
� Plastic tubing
� Hose nozzle for cooling-water outlet tubing
� Gasket
� T-screw
� Gasket, 16 mm O.D., 9 mm I.D. required when using the
thermometer
� Gasket 16 mm, O.D., 0.5 mm I.D., required when using the
temperature sensor
� Screw plug

Fig. 3
2.4 Zubehör zur Drosselung des Kühlwasserstromes am
Wasserhahn (Fig. 4)
� 3 Düsen, Øi 0,3; 0,5; 0,8 mm
mit Schraubgewinde und Schlitz für Schraubendreher; zur
Begrenzung des Betriebsdruckes auf Wasserschläuche
und Kühlwassermantel und zur Gewährleistung eines
gleichmäßigen, sich nur geringfügig ändernden Kühlwasserstromes.
� Dichtscheibe
� Schlauchwelle mit Innengewinde zum Einschrauben einer
der Düsen �
� Überwurfmutter
� Schlauchschelle
2.5 Zubehör zur elektrischen (meßbaren) Kompensation
der Kälteleistung beim Betrieb des Heißluftmotors
als Kältemaschine oder Wärmepumpe (Fig. 5)
� Thermometer, fest verbunden mit �
Meßbereich: 10 °C bis 45 °C
1°-Teilung
� Deckel mit Gewinde (Ø 18 mm) zum Einschrauben in den
Zylinderkopf-Deckel des Heißluftmotors
� Buchsen für die Stromversorgung der Heizwendel �
� Stifte zum Aufstecken der Heizwendel �
� Heizwendel zum Aufstecken auf die Stifte �
max. zulässige Betriebsdaten:
Spannung: 10 V
Strom: 3 A
3
Fig. 4
2.4 Accessories for throttling the cooling-water flow at
the water tap (Fig. 4)
� 3 nozzles, 0.3, 0.5 and 0.8 mm I.D.
with screw thread and slit for screw-driver, for limiting the
operating pressure on water tubings and cooling-water
jacket and to ensure a uniform, only slightly varying coolingwater
flow.
� Gasket
� Hose nozzle with internal screw thread, for screwing-in one
of the nozzles �
� Screw cap
� Hose clip
2.5 Accessories for electrical (measurable) compensation
of the refrigerating capacity when operating the
hot-air engine as refrigerator and heat pump (Fig. 5)
� Thermometer, firmly connected with �
Measuring range: 10 °C to 45 °C
1° scale division
� Cover with screw thread (dia. 18 mm) to be screwed into
the cylinder head cover of the hot-air engine
� Sockets for power supply to the heating filament �
� Pins to plug on the heating filament �
� Heating filament to be plugged to the pins �
Max. admissible operating data:
Voltage: 10 V
Current: 3 A

Fig. 5
3 Bedienung
3.1 Montage des Bremshebels und der Bremsnabe
Vor der Erstinbetriebnahme die beiden Bremshebelhälften �
auf die mitgelieferte Bremsnabe � aufschieben und dort mittels
der Rändelschrauben � gegeneinander festziehen. Den
so vorbereiteten Bremshebel mit Hilfe zweier Unterlagen (z.B.
Bücher) auf Gleichgewicht prüfen (s. Fig. 6).
Grobe Abweichungen durch Einschrauben von Zylinderschrauben
� an der zu leichten Stirnseite des Bremshebels näherungsweise
korrigieren. Kleine Gleichgewichtsabweichungen
stören nicht.
Zur Leistungsbremsung von Motoren muß die sich drehende
Motorwelle mit einer Nabe entsprechend � versehen sein, wie
sie der Heißluftmotor besitzt. Bei Bremsversuchen des Experimentiermotors
(347 35/36) ist die Bremsnabe � in das Futter
einzuspannen. Bremshebelhälften � mit den Bremsbacken �
auf die Nabe des betreffenden Motors aufsetzen und mit den
Rändelschrauben nur so weit gegeneinanderschrauben, daß
der Hebel leicht beweglich bleibt.
Schwenkbarkeit des Hebels mit Hilfe von Stativmaterial begrenzen
(s. Fig. 7).
Kraftmesser 1 N (314 141) verwenden.
Motor in Gang setzen. (s. Gebrauchsanweisung des betreffenden
Motors:
Experimentiermotor 347 35/36 oder Heißluftmotor 388 18).
An den Lastarm des Hebels (Fig. 7) 2 bis 6 Massestücke zu je
50 g anhängen.
Bei laufendem Motor gleichzeitig beide Flügelschrauben �
vorsichtig – ohne den Motor abzuwürgen! – anziehen, bis der
Kraftmesser eine geringe Kraft F anzeigt.
Das ausgeübte Drehmoment ist dann:
D = 0,25 m ⋅ (m ⋅ 9,81 m
+ F )
2
s
m: Masse der Massestücke
F: vom Kraftmesser angezeigte Kraft
und die Bremsleistung
P = 2π ⋅ n ⋅ D n: Drehfrequenz (Zahl der Motor-Umdrehungen
pro Sekunde)
3.2 Montage der Lochscheibe (Fig. 2, Fig. 7, Fig. 8)
Zur berührungslosen Drehzahlmessung des Experimentiermotors
oder des Heißluftmotors wird die Lochscheibe � mit Hilfe
des Haltemagneten � an der Stirnseite der Bremsnabe (beim
Experimentiermotor �) angeheftet. Dies kann gefahrlos auch
bei laufendem Motor geschehen.
Die Lichtschranke (337 46 mittels Stativmaterial entsprechend
Fig. 7 so aufbauen, daß sie die Lochscheibe umfaßt und deren
Löcher den Strahlengang periodisch (pro Umdrehung 10 x) freigeben.
4
Fig. 6
3 Operation
3.1 Assembly of brake lever and brake hub
Prior to initial operation fit the two brake-lever halves � to the
brake hub � and tighten by means of the knurled screws �.
Then check the equilibrium of this lever assembly using e.g.
books as support (see fig. 6).
Coarse deviations may be approximately corrected by screwing
cylinder-head screws � into the end of the brake-lever arm
which is too light. Small deviations in equilibrium do not affect
the experiments.
For power braking of motors, the rotating motor shaft must have
a hub (7) like that of the hot-air engine. For braking experiments
with the experiment motor (347 35/36), clamp the brake hub �
into the chuck. Place the brake-lever halves � with their brake
shoes onto the hub of the respective motor and tighten so far
by means of the knurled screws that the lever remains
slightly moveable.
Use stand equipment to limit the slewing range of the lever (see
fig. 7).
Use dynamometer 1 N (314 141).
Start the motor. (See Instruction Sheet for the respective motor:
experiment motor 347 35/36 or hot air engine, 388 18).
Attach 2 to 6 50 g weights to the work arm of the lever (Fig. 7).
Then, with the motor running, carefully and simultaneously
screw down the two knurled screws � – without stalling the motor!
– until the dynamometer indicates a low force F.
The applied torque is then:
D = 0.25 m ⋅ (m ⋅ 9.81 m
+ F )
2
m: mass of the weights
F: force indicated by the dynamometer
and the brake power is:
s
P = 2π ⋅ n ⋅ D n: rotary frequency (number of motor
revolutions per second)
3.2 Assembly of the perforated disk (see Figs. 2, 7, and 8)
For contact-free speed measurement of experiment motor or
hot-air engine fasten the perforated disk � to the front of the
hub (with experiment motor �) using the holding magnet �.
This can also be done without risk while the motor is running.
Set up the light barrier (337 46) using stand equipment according
to Fig. 7 with the arms on either side of the perforated disk,
so that the holes of the disk allow the light rays to pass
periodically (10 times per revolution).

Betriebsart des Digitalzählers: Frequenzmessung
Zwischen der angezeigten Impulsfrequenz f und der Motor-
Dreh-Frequenz n gilt die Beziehung:
n = 0,1 ⋅ f
3.3 Montage des Durchflußgerätes (Fig. 3)
Zur Erstinbetriebnahme Durchflußgefäß � mit dem Magneten
� am vertikalen Holm des Heißluftmotors anheften.
Schlauchverbindung am oberen Anschluß des Kühlwassermantels
des Heißluftmotors lösen und mit dem oberen Anschluß
� des Durchflußgefäßes � verbinden. Den unteren Anschluß
� des Durchflußgefäßes durch den beigefügten
Schlauch � mit dem freigewordenen oberen Anschluß des
Kühlwassermantels verbinden.
Für genaue Messungen mit dem Durchflußgefäß Thermometer
(382 36) entsprechend Fig. 3 in das Durchflußgefäß einsetzen
und verschrauben.
Für Demonstrationsmessungen mit dem Temperaturfühler
(666 193) ist anstelle der Dichtscheibe � die Dichtscheibe �
einzusetzen.
3.4 Montage der Drossel (Fig. 4)
Eine der drei Düsen � auswählen (siehe Versuchsbeschreibung)
und mit einem Schraubendreher (Klingenbreite 5 mm) in
die Schlauchwelle � einschrauben, Schlauch (z.B. 307 68)
durch Überwurfmutter � stecken, auf Schlauchwelle � schieben
und mit Schlauchschelle � befestigen. Dichtscheibe �
einlegen und mit Hilfe der Überwurfmutter � dichte Verbindung
mit dem Wasserhahn herstellen. Das freie Schlauchende auf die
Schlauchwelle für den Kühlwassereingang des Heißluftmotors
schieben.
3.5 Montage des Thermometers mit Heizung (Fig. 5)
Thermometerverschraubung des Zylinderkopfdeckels vollständig
lösen. Thermometer (388 19) ausbauen.
Heizwendel � des Thermometers mit Heizung � von dessen
Kontaktstiften � abziehen.
Thermometer mit Heizung in den Zylinderkopfdeckel des
Heißluftmotors einführen und dicht verschrauben.
Heizwendel � wieder auf die Kontaktstifte � aufschieben.
Darauf achten, daß die Heizwendel nicht den Glaskörper des
Thermometers berührt!
Zylinderkopfdeckel vorsichtig auf den Zylinder des Heißluftmotors
aufsetzen und gleichmäßig festziehen.
Achtung! Die Heizwendel darf den Verdrängerkolben bei keiner
Kolbenstellung berühren!
3.6 Zusätzlich erforderliche Geräte
1 Heißluftmotor
druckfeste Schläuche zur Kühlwasserversorgung
Werkzeug, z.B.
388 18
1 Schraubendreher, Klingenbreite ca. 5 mm
Stativmaterial (Fig. 7/Fig. 8)
1 Stativfuß, Seitenlänge 20 cm 300 02
1 Stativstange, 25 cm 300 41
1 Stativstange,47 cm 300 42
1 Stativstange, um 90° abgewinkelt 300 51
3 Leybold-Muffen 301 01
zur Bremskraftmessung (Fig. 7)
5 Massestücke, 50 g aus 342 61
1 Kraftmesser, 1 N 314 141
5
Operating mode of digital counter: measurement of frequency.
The relationship between indicated pulse frequency f and rotational
speed of motor n is:
n = 0.1 ⋅ f
3.3 Assembly of the flow-through vessel (Fig. 3)
For initial operation fasten the flow-through vessel � to the vertical
spar of the hot-air engine using the holding magnet �.
Detach the tube connection on the upper connection of the cooling-water
jacket of the hot-air engine and fit it to the upper connection
� of the flow-through vessel �. Then connect the
lower connection � of the flow-through vessel to the now free
upper connection of the cooling-water jacket using the tubing �
which is included in the standard equipment.
For precise measurements with the flow-through vessel, insert
the thermometer (382 36) according to Fig. 3 and secure by
screw.
For demonstration measurements using the temperature sensor
(666 193), insert the gasket � instead of gasket �.
3.4 Assembly of the throttle (Fig. 4)
Select one of the three nozzles � (see description of experiment)
and screw it into the hose nozzle � using a screw-driver
(blade width 5 mm). Pass tubing (e.g. 307 68) through screw
cap � push it on hose nozzle � and secure by hose clip �.
Insert gasket � and make tight connection to the tap by means
of the screw cap �. Push the free tubing end onto the hose
nozzle for the cooling-water inlet of the hot-air engine.
3.5 Assembly of the thermometer with heater (Fig. 5)
Detach the thermometer screw connection of the cylinder-head
cover completely. Remove the thermometer (388 19).
Pull off the heating filament � of the thermometer with heater
� from the contact pins �.
Introduce the thermometer with heater into the cylinder-head
cover of the hot-air engine and secure firmly.
Push the heating filament � again onto the contact pins �.
Make sure that the heating filament does not touch the glass
body of the thermometer.
Carefully place the cylinder cover onto the cylinder of the hot-air
engine and tighten firmly.
Important: the heating filament must never touch the displacing
piston at any point in the piston’s cycle!
3.6 Additionally required equipment:
1 Hot-air engine
Pressure-proof tubings for cooling-water supply
Tools, e.g.
388 18
1 Screw-driver, blade width approx. 5 mm
Stand equipment (Figs. 7 and 8)
1 Stand base, length of sides 20 cm 300 02
1 Stand rod, 25 cm 300 41
1 Stand rod, 47 cm 300 42
1 Stand rod, right angled 300 51
3 Leybold multiclamps 301 01
For measurement of braking force (Fig. 7)
5 Weights, 50 g from 342 61
1 Dynamometer, 1 N 314 141

zur Energieversorgung des Heißluftmotors (Fig. 7)
1 Spannungsquelle bis 14 V, 3 A, z.B.
1 U-Kern mit Joch 562 11
1 Spannungsvorrichtung 562 12
1 Netzspule mit 500 Windungen (bei 230 V�) 562 21
1 Kleinspannungsspule, 50 Windungen 562 18
zur Drehzahlmessung (Fig. 7/Fig. 8)
1 Gabel-Lichtschranke 337 46
1 Verbindungskabel, 6-polig, 1,5 m 501 16
1 LH Digitalzähler 575 40
für den mechanischen Antrieb (Fig. 8):
1 Experimentiermotor 347 35
1 Steuergerät 347 36
zur Temperaturmessung des Kühlwassers (Fig. 7/Fig. 8):
1 Thermometer, - 10 °C bis + 40 °C 382 36
oder
1 Temperaturfühler 666 193
mit Digitalem Temperaturmeßgerät 666 190
zur kontrollierten Zylinderkopf-Beheizung (Fig. 8):
1 Spannungsquelle, einstellbar bis 12 V, 3 A, z.B.
1 Kleinspannungsstelltrafo S 521 35
1 Voltmeter bis 12 V� z.B. 531 51
1 Amperemeter bis 3 A� z.B. 531 100
zur Messung des Kühlwasserdurchsatzes (Fig. 8):
1 Tischstoppuhr 313 05
oder
1 Handstoppuhr 313 07
1 Kunststoffbecher, 1000 ml 590 06
4 Versuchsaufbauten
Fig. 7
Bestimmung des Wirkungsgrades des Heißluftmotors als
Kraftmaschine
Determining the efficiency of the hot-air engine operating as a power
engine
For energy supply to hot-air engine (Fig. 7)
1 Voltage source up to 14 V, 3 A, e.g.
1 U-core with yoke 562 11
1 Clamping device 562 12
1 Mains coil with 500 turns (at 230 V AC) 562 21
1 Extra-low voltage coil 50 turns 562 18
For speed measurement (Figs. 7 and 8)
1 Forked light barrier 337 46
1 Multi-core cable, 6-pole, 1.5 m 501 16
1 Leybold digital counter 575 40
For mechanical drive (Fig. 8):
1 Experiment motor 347 35
1 Control unit 347 36
For temperature measurement (Figs 7 and 8):
1
or
Thermometer, - 10 °C to + 40 °C 382 36
1 Temperature sensor 666 193
with Digital thermometer 666 190
For controlled cylinder-head heating (Fig. 8)
1 Voltage source, adjustable up to 12 V, 3 A, e.g.
1 Extra-low voltage transformer S 521 35
1 Voltmeter up to 12 V AC e.g. 531 51
1 Ammeter, up to 3 A AC e.g. 531 100
For measurement of cooling-water flow (Fig. 8):
1
or
Stop-clock 313 05
1 Stop-clock 313 07
1 Plastic beaker, 1000 ml 590 06
4 Experiment setups
Fig. 8
Bestimmung des Wirkungsgrades des Heißluftmotors als
Wärmepumpe (Kältemaschine)
Determining the efficiency of the hot-air engine operating as heat
pump (refrigerator)
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