Sechstagefahrer
Aus dem Kornkreis kann man den Eindruck gewinnen, daß kleinere Räder innerhalb jeweils größeren Kreisbahnen umlaufen. Die Abrollbahnen sind dabei exzentrisch zur Systemachse, diese Räder würden also auswärts und wieder einwärts rollen. Das erinnert an das Hinunter- und wieder Herauf-Rollen der Sechstagefahrer (siehe gesonderten Artikel). Diese Vorstellung basiert wiederum auf dem Versuch der durch ein Tal rollenden Kugel, welche schneller am Ziel ist als die auf einer Ebene rollende Vergleichskugel.

Hier in Bild EVSH 01 rollt die Kugel A den Abhang hinunter zur Position B. Mit ihrer nun gewonnenen kinetischen Energie prallt sie auf den nachfolgenden Aufhang. Sie könnte dann sogar über den nächsten Abhang praktisch hinunter schweben, womit die Bahn dann nur einen Vorwärts-Schub (hier nach rechts) erfahren würde. Dieser Schub entspricht dem Leistungs-Überschuß, der somit auszukoppeln sein müßte.

Analog müßte diese Wirkung zu erreichen sein beim Abrollen von Rädern innerhalb einer exzentrischen Umlaufbahn. Man stelle sich dazu vor, daß die Bahn obigen Kugelversuches auf Stelzen steht und die plane Auflagefläche kreisförmig gebogen wird. Der gestrichelte Kreis entspricht dann obiger planen Auflagefläche (hier etwas gesteckt), konzentrisch zur Rotorachse (RA). Die eingezeichneten Radien entsprechen obigen Stelzen. Die obige Kugelbahn ergibt dann exakt die exzentrische Wandung (EW), konzentrisch zur Exzenterachse (EA)

Trägheits- anstelle Gravitationskraft
Das Rad C ist nahe der Systemachse, weist also potentielle Energie auf hinsichtlich seiner Fliehkraft, ist also vergleichbar zu Kugel A. Das Rad D konnte nach außen fallen, weist also kinetische Energie auf, ist also vergleichbar zu Kugel B. In obigem Versuch bewirkt Gravitation eine Beschleunigung, hier ist es die Trägheitskraft, welche beim Hinaus-Fallen von C nach D Zuwachs an kinetischer Energie ergibt.

Um diesen Schleuder-Effekt (siehe gesonderten Artikel) zu erreichen, ist hier ein Rotorträger (RT) vorgesehen, welcher sich gleichförmig um die Rotorachse dreht. Am äußeren Ende des Rotorträgers ist drehbar gelagert ein Schwenkhebel (SH). An dessen äußerem Ende ist die Masse (MP) konzentriert, hier in Form des an der exzentrischen Wandung abrollenden Rades.

Ungleichförmige Bewegung
Hier wird stets eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn unterstellt. Während eines Umlaufes sind mehrere Relativbewegungen gegeben:

Der Schwenkhebel bildet zum Rotorträger oben einen spitzen Winkel (von hier ca. 50 Grad), unten stehen beide nahezu rechtwinklig zueinander. Bezogen auf den Rotorträger schwenkt also dieser Arm auswärts und einwärts (darum Schwenkhebel genannt).
Die Masse wird von innen (C) nach außen (D) bewegt, durchläuft also innerhalb der exzentrischen Wandung einen Winkel von 180 Grad. Der Rotorträger muß sich dabei jedoch nur um etwa 150 Grad drehen. Umgekehrt bewegt sich der Rotorträger um etwa 210 Grad, während der Einwärtsbewegung der Masse um nur 180 Grad innerhalb der exzentrischen Wandung.

Bei gleichförmiger Drehung des Rotorträgers erfährt somit die Masse eine intensive Beschleunigung auf ihrer Auswärtsbahn. Die Masse wird dann sehr viel langsamer wieder verzögert auf ihrer Einwärtsbahn.

Prinzipielle Versuchsanordnung
Im November 1999 wurde vereinbart, daß Felix Würth ein Versuchsmodell entsprechend dem prinzipiellen Aufbau des Bildes EVSH 02 baut (schematisch, oben als Querschnitt, unten als Längsschnitt):

Auf einem Rotor (großer gestrichelter Kreis) ist exzentrisch zur Systemachse (SA) die exzentrische Wandung (EW) installiert (ein Rohr konzentrisch zur Exzenterachse (EA)). Darin kann sich der Rotorträger (RT) im gestrichelten kleinen Kreis bewegen. Der Schwenkhebel (SH) ist außen am Rotorträger drehbar gelagert. Er trägt seinerseits die Masse (MP), welche mittels eines relativ kleinen Rades an der exzentrischen Wandung abrollen kann.

Aus Gründen der Symmetrie wurde der Rotorträger als zweiarmiger Hebel vorgesehen. Damit ist das System aber keinesfalls schon ausgewuchtet. Bei waagrechter Stellung des Rotorträgers ist hier z.B. das eine Rad ganz oben, das andere dagegen befindet sich schon etwa 30 Grad nach dem untersten Bahnpunkt.

Schleuderphase
Aus Bild EVSH 03 sind die verschiedenen Bewegungsphasen deutlicher zu erkennen. Der Massepunkt (MP) ist hier nur einmal gezeichnet. Der Rotorträger (RT) ist nach jeweils 30 Grad Drehung dargestellt (blaue Linien) sowie die entsprechende Position des Schwenkhebels (SH, rote Linien).

Von der 9-Uhr-Stellung des Rotorträgers bis zu seiner 4-Uhr-Stellung erfolgt das Hinaus-Schleudern der Masse. Wie beim Schleuder-Effekt dargestellt, bilden in dieser Phase die Richtung der Masseträgheit und die Zugrichtung des Rotorträgers einen stumpfen Winkel. Beide Kräfte addieren sich dabei vektoriell zu einer relativ langen Resultierenden, womit die Masse einen hohen Zuwachs an kinetischer Energie erfährt. Dieser positive Effekt des Hinaus-Schleuderns ist maximal auf einer Drehung von etwa 165 Grad gegeben, hier wird diese Phase allerdings schon nach etwa 150 Grad beendet. Das ist sinnvoll, weil ab hier der Schwenkhebel senkrecht zum Rotorträger steht und damit die Zugrichtung zunehmend senkrecht zur Trägheitsrichtung steht.

Druckphase
In der nachfoldenden Phase der Verzögerung ist z.B. die Trägheit von A über B nach C vorgetragen. Wenn man hier den Rotorträger als unbeweglich betrachtet, kann die Masse nicht nach oben ausweichen. Dann würde die Trägheit voll auf die exzentrische Wandung wirken, diese um ihren Drehpunkt der Systemachse drehen wollen (vergleichbar bei obigem Kugelversuch wäre, wenn die Kugel am Wieder-Aufwärts-Rollen gehindert würde, die ganze kinetische Energie als Schub auf den Aufhang wirken würde).

Wenn man umgekehrt die exzentrische Wandung als unbeweglich unterstellt, so wird die Masse nur nach innen gedrückt (D). Die Masse hat hier höhere Geschwindigkeit als der Rotorträger, also wird der Schwenkhebel nach oben gedrückt. Über sein inneres Lager erfährt damit der Rotorträger Druck im Drehsinn, also wird die Drehung des Rotorträgers beschleunigt (vergleichbar bei obigem Kugelversuch ist der dortige feste Aufhang, womit die Kugel dann oben den Leistungs-Überschuß gegenüber der gleichförmig rollenden Kugel aufweist).

In dieser Phase wird also die Masse verzögert, d.h. ihre kinetische Energie abgebaut. Über das ´Kniegelenk´ zwischen Schwenkhebel und Rotorträger wird der Energieüberschuß in Drehbewegung des Systems überführt - bei feststehender exzentrischer Wandung. Oder aber die Trägheit wirkt beschleunigend auf die exzentrische Wandung, wenn diese beweglich ist. Wenn diese Wandung nicht schnell genug nach vorwärts ausweicht (z.B. begrenzt durch ein Getriebe), wird eine Kombination beider obigen Kraftwirkungen realisiert.

Zurück per Keil
Das Hinaus-Schleudern von Masse erfolgt hier wie bei jedem System mit ´vordrehenden´ Rotoren (System- und Rotordrehung gleichsinnig). Hier wie dort wird damit der Schleuder-Effekt realisiert. Bei normalen Rotorsystemen erfordert jedoch das Herein-Holen genauso viel Energie wie durch das Hinaus-Fallen gewonnen wurde. Dieses Null-zu-null-Ergebnis kann nur vermieden werden, wenn der Rotorträger in der Einwärtsphase relativ verzögert wird. Das war bereits mit dem Exzenter-Noppen-Getriebe gegeben (und wird in später beschriebenen Vortriebs- bzw. Exzenter-Ring-Maschinen erreicht).

Hier nun ist erstmals eine andere Lösung des Problems aufgezeigt: der Abbruch der Vorwärtsbewegung und das nach rückwärts gerichtete Zurückschwenken der Masse nach innen. Dabei ist allerdings entscheidend, daß diese Einwärts-Rückwärts-Bewegung durch ein vom Rotorträger unabhängiges Bauelement veranlaßt wird: hier der exzentrischen Wandung.

Bei einem normalen Rad verhindert die Speiche das Hinaus-Fallen bzw. bewirkt das ständige Herein-Holen der Masse. Bei normalen Rotorsystemen bewirkt das Herein-Holen immer ein negatives Drehmoment über irgendwelche Zahneingriffe. Hier dagegen erfolgt das Herein-Drücken von außerhalb mittels dieser exzentrischen Wandung, welche praktisch wie ein Keil wirkt.

Auf diesem (zum Halbkreis gebogenen) Keil wird einerseits die Masse nach innen geschoben und zugleich wird durch den Abbau von Trägheit der Rotorträger nach vorn im Drehsinn geschoben. Andrerseits übt die Trägheit auch Schubkräfte auf diesen Keil aus. Die ´Fliehkraft´ wird damit nicht eliminiert (´kaputt´ gemacht mittels starrer Speiche) und auch nicht überwunden (wie per konzentrischen Zahnrädern), sondern umgesetzt in kinetische Energie der drehenden Teile (Rotorträger und exzentrische Wandung).

Dieses hier erstmals praktizierte Prinzip ist ein essentieller Gesichtspunkt bei der Nutzung von Trägheitskraft. Dieses Zurück-Schwenken ist praktisch die Extremform der relativen Verzögerung von Vorwärtsbewegung (wie in den oben genannten Maschinen organisiert).

Schleuderkurve
In EVSH 04 ist nun detailiert untersucht, wie sich die Positon des Massepunktes nach jeweils 15 Grad Drehung des Rotorträgers ergibt. Dabei wird jeweils Betrag und Richtung der Trägheit von einer Position über die nächste hinaus extrapoliert. Von diesem Punkt zur neuen Position des Rotorträgers wird die neue Richtung des Schwenkhebels sein. Auf dieser Linie befindet sich dann die neue Position des Massepunktes, um die Länge des Schwenkhebels vom Rotorträger entfernt.

Wie bereits oben dargestellt, erreicht der Massepunkt den unteren Bahnpunkt nach etwa 150 Grad Drehung des Rotorträgers. Es zeigt sich hier jedoch, daß die Masse eine innere Bahn wählt und nach 150 Grad noch nicht ganz außen sich befindet. Erst nach etwa 165 Grad Drehung ist der Masspunkt wieder in gleichen Abstand zur exzentrischen Wand (EW, bei B).

Rotordrehung
Dieses bedeutet, daß die exzentrische Wand (als Teil des Rotors hier bezeichnet) mit-drehen könnte, praktisch der flacheren Schleuderkurve nachfolgend. Nach dem zeichnerischen Ergebnis hier wären dies bei 165 Grad Drehung des Rotorträgers 16.5 Grad Drehung der exzentrischen Wand. Ein Getriebe zwischen Rotorträger und Rotor hätte also eine Untersetzung von 10 zu 1 aufzuweisen. Damit ist die exzentrische Wand noch immer ein vom Rotorträger, dem Schwenkhebel und der Masse unabhängiges Bauteil. Lediglich die Beweglichkeit dieses Rotor-Bauteils ist auf diese Geschwindigkeitsdifferenz begrenzt (Anmerkung: später wird auf dieses Getriebe verzichtet, Antrieb und Abtrieb streng getrennt).

Die Umlenkung und der Abbau der Trägheit (rote Linien rechts) kann sich damit sowohl auf die Beschleunigung des Rotorträgers wie des Rotors auswirken. Beim Auftreffen der Masse auf die Wandung wird relativ hohe kinetische Energie umgesetzt, dann gleichmäßig weniger bis hoch zum innersten Bahnpunkt. Die blaue bzw. grüne Kurve zeigt die äußerst mögliche Position des Massepunktes während des Mit-Drehens der exzentrische Wand. Diese wie die Exzenterachse (EA) sind hier also ein zweites mal um diese 16.5 Grad gedreht eingezeichnet.

Energie-Gewinn
Aus dieser Darstellung ist wiederum das Ausmaß des Energiegewinnes ersichtlich: oben bei A ist der Massepunkt rund 40 mm von der Systemachse entfernt, unten etwa 64 mm. Bei gleicher Winkelgeschwindigkeit hätte also der äußere Massepunkt etwa 1.6-fach höhere kinetische Energie. Tatsächlich beträgt jedoch die Geschwindigkeit des Massepunktes (während 15 Grad Drehung des Rotorträgers) im innersten Bahnpunkt nur etwa 10 Grad, im äußersten jedoch 20 Grad, weist dort also 2-fache kinetische Energie auf.

Wie hier ebenfalls ersichtlich ist, legt die Masse die meiste Strecke aufgrund ihrer Trägheit zurück, während der Rotorträger/Schwenkhebel nur jeweils geringe Stecken zu bewirken haben. Die Beschleunigung erfordert also relativ wenig Aufwand.

Im Artikel Schleuder-Effekt wurde ein Drittel als Energie-Gewinn ermittelt, hier ist die Differenz nur ein Viertel (2.0 gegenüber 1.6). Der Zugewinn fällt hier etwas geringer aus, weil der Schleuder-Arm bereits bei einem Winkel von etwa 50 Grad startet, während dort der volle Schleuder-Prozess beobachtet wurde.

Optimierung
Dr. Habbel hat dutzende Institute und Fachleute über Jahrzehnte gebeten, seine Problemstellung der Davids-Schleuder zu klären - vergeblich. Ebenso konnten wir keinen Fachmann gewinnen, dieses einfache mechanische Problem zu untersuchen. Entweder wird die Lösung als zu ´banal´ erachtet oder die Problematik zu schwierig eingeschätzt. Bleibt nur zu hoffen, daß ein aufgeweckter Student das Simulationsprogramm schreibt, mittels welchem sich leicht das Optimum finden läßt.

Diverse Zeichnungen ergaben, daß der Effekt nur erzielt werden kann, wenn bestimmte Relationen eingehalten werden. Sie scheinen im Kornkreis vorgezeichnet: Exzentrität etwa 3, Rotorträger 7, Schwenkhebel 10, Rotor 14 Einheiten. Die Relation der Drehzahlen von Rotorträger und Rotor sind wichtig. Von diesen Parametern ist abhängig, ob die Schleuderkurve über der sich bewegenden Bahn verläuft. Die Drehzahl dagegen wird keine große Rolle spielen. Nun werden hoffentlich bald die Versuchsergebnisse Klarheit bringen.

Das von Felix Würth gebaute Modell bestätigte deutlich meine Behauptung des ´Schwebens´ über dem Abhang und des Schub auf den Aufhang: die exzentrische Wandung wurde in Drehung versetzt. Leider war dieses Modell weder stabil noch variabel genug gebaut. Insbesonders konnte damit eine Rückspeisung von Energie ins System nicht getestet werden. Die unbefriedigende Zusammenarbeit mußte beendet werden. Vielleicht finden sich Leute, welche diese Maschine zum Laufen bringen.

Allerdings stellt dieses Aufprallen der Masse nach dem freien Flug auf die exzentrische Wandung noch keine saubere Lösung dar, sofern ein Simulationsprogramm keinen gleitenden ´Anflug´ ergibt. In dieser Hinsicht müssen also neue Einsichten aufgrund des Kornkreis-Ideals gewonnen werden.

Ergebnis
Mit dieser Konzeption wurde erstmals das Problem des Herein-Holens von hinaus-gefallener Masse gelöst durch ein Herein-Drücken (anstelle Herein-Ziehens). Damit wurde auch ermöglicht, die Kraft der Trägheit sowohl beim Hinaus-Schleudern als auch beim Zurück-Führen nach innen zu nutzen.

Der einfache Satz der Energieerhaltung: Masse-raus = Drehzahl-runter, Masse-rein = Drehzahl-hoch stimmt schlicht und einfach nicht. Per Masse-raus ist Energiegewinn gegeben, mit dutzenden von Konzeptionen machbar. Das Masse-rein dagegen führt keinesfalls automatisch zu Drehzahl-Erhöhung, sondern ist in aller Regel mit Verlust kinetischer Energie verbunden (weil sich selbst-sperrende Systeme ergeben).

Bei gezielter Beschleunigung und Verzögerung der relativen Geschwindigkeiten, Bewegung auf exzentrischen Bahnen und Einsatz exzentrischer Masseschwerpunkte ist dagegen die Nutzung von Trägheit möglich.

Bei dieser Schwenkhebel-Konzeption kommt mit der Umkehr von Bewegungsrichtung in Form eines Schwenkens oder Schwingens ein neues wichtiges Element hinzu. Zugleich sind erstmals nun die Phasen- und Bahnlängen der Beschleunigung und Verzögerung nicht mehr symmetrisch, sondern unterschiedlich. Nicht zuletzt sind hier nun mehrere Bewegungen integriert: die des Rotors (bzw. exzentrischen Wandung), des Rotorträgers und des Schwenkhebels und damit des Massepunktes.

Schon dieser erste Versuch aufgrund des Kornkreibildes belegt jedoch deutlich, daß die im Zusammenhang mit dem ´Sechstagefahrertrick´ aufgestellten Behauptungen vollkommen zutreffend sind: wenn man Trägheit die Gelegenheit zur Entfaltung entsprechender Bewegung gibt, stellt die damit gewonnene höhere kinetische Energie tatsächlich einen Gewinn von Energie dar.

Es gilt nun, die Bewegungsabläufe dieser Maschine auf ´elegantere´ Art zu erreichen wie auch weitere Aspekte des Kornkreibildes einzubringen.

Evert / 13.01.2000