Schleuder-Effekt
Basis aller Überlegungen hier ist der Schleuder-Effekt, wie oben dargestellt, entsprechend dieser Zeichnung. Nach einer Drehung (hier im Uhrzeigersinn) von etwa 180 Grad erreicht dabei die wirksame Masse eine um etwa ein Drittel höhere Winkelgeschwindigkeit als der Rotorträger (siehe grüne gestrichelte Linien). Darüber hinaus ist diese kinetische Energie an einem größerem Hebelarm gegeben (hier z.B. anderthalb mal der Länge des Rotorträgers).

Als wesentliche Ursache dieses Energiezuwachses wurde erkannt, daß bei diesem Bewegungsablauf eine vektorielle Addition der Zug- und Trägheitskräfte gegeben ist. Dieses Mehr an Energie wurde z.B. von Felix Würth in vielen Versuchen nachgewiesen.

Bereits in der Konzeption der Schwenk-Hebel-Maschine wurde auf das weite Hinaus-Schleudern verzichtet, vielmehr das Hinaus-Schwenken auf maximal etwa 90 Grad begrenzt. Diese Beschränkung wird sinnvoll sein, weil in der frühen Phase des Hinaus-Schleuderns die Relation von erforderlicher Zugkraft und erreichter Geschwindigkeit der wirksamen Masse nochmals günstiger ist.

Die Auswärtsbewegung dort (z.B. bei A) entspricht weitgehend der jeweils gegebenen Trägheitsrichtung. Die erforderliche Zugkraft dort weist nahezu parallel zur jeweiligen Stellung des Rotorträgers. Es muß dort also nur eine relativ geringe Kraftkomponente in radiale Richtung durch den Rotorträger erbracht werden. Wenn allerdings der Rotor senkrecht zum Rotorträger steht (etwa bei B), muß der Rotorträger die volle Zugkraft in radiale Richtung aufbringen. Also ist ratsam, spätestens hier den Prozeß des Hinaus-Schleuderns zu beenden.

Schwenkhebelmaschine
Bei der Schwenkhebelmaschine dreht sich ein Rotorträger (RT) um die Systemachse (SA). Am äußeren Ende des Rotorträgers ist schwenkbar gelagert ein Hebelarm (SH). An dessem äußeren Ende sollte die wirksame Masse (MP) angeordnet sein, hier in Form von Walzen, die auf einer exzentrischen Wandung (EW) abrollen.

Von einer inneren Position (hier oben) kann die Massen während der Drehung (hier gegen den Uhrzeigersinn) hinaus fallen (hier unten) und erreicht dort hohe kinetische Energie. Die Masse wird dann durch die exzentrische Wandung wieder auf ihren inneren Bahnpunkt zurück geführt und dabei wesentlich verzögert, etwa auf die Hälfte der Geschwindigkeit außen.

Die Kräfte wirken dabei beschleunigend auf die Drehung des Rotorträgers, aber auch als Druck auf die Wandung. Da die gesamte Wandung (praktisch ein runder Zylinder) um die Systemachse drehbar ist, wird auch diese Kraftkomponente in Drehbewegung des Systems insgesamt umgesetzt (beispielsweise durch ein Getriebe mit einer Untersetzung von 1 zu 10). Das Herein-Führen der Masse wie deren Verzögerung vollzieht sich dabei ohne Energieverlust.

Dreifach-Kurbel-Konzeption
Oben wurden die prinzipiellen Bewegungsabläufe auf der apfelförmigen Bahn wie auf den aus- und eindrehenden Spiralbahnen auf die Konstallation von drei Kurbeln bzw. Pendel als theoretische Basis zurück geführt. Analog dazu müßte sich auch der Bewegungsablauf hier mittels dreier Kurbeln bzw. Pendel darstellen lassen.

Dazu wurden anstelle der exzentrischen Wand hier Exzenterträger (ET) eingezeichnet, welche von der Exzenterachse zur Mitte des Schwenkhebels reichen. Die Exzenterträger müssen natürlich an beiden Enden drehbar gelagert sein. Wie bei den andern Maschinen drehen die Exzenterträger hier mit ungleichförmiger Geschwindigkeit, je Masse muß also ein separater Exzenterträger vorgesehen werden.

Um die gewünschte Vor- und Rückdrehung der Masse zu erreichen, muß der Exzenterträger kürzer sein als der Rotorträger. Der Exzenterträger bleibt damit immer hinter dem Rotorträger (im Drehsinn). Die Masse bleibt damit auch jeweils hinter dem Rotorträger, die kritische Phase des Überholen-Müssens ist damit eliminiert.

Exzentrische Bahn
In Bild EVVR 03 ist der Bewegungsablauf nach jeweils 30 Grad Drehung des Rotorträgers dargestellt. Die innerste Position der Masse ist gegeben, wenn der Exzenterträger über die Systemachse weist (hier nach oben, Massepunkt oben rechts). Entsprechend erreicht die Masse ihren äußersten Bahnpunkt, wenn der Exzenterträger von der Systemachse weg weist (hier nach unten, Massepunkt unten links).

Klar erkennbar ist die weit ausholende Schleuderbewegung (oben links) mit der enormen Beschleunigung. Andrerseits ist die Bahn eingezogen (unten rechts), wobei die Arbeit des Hereinholens der Masse durch den Exzenterträger geleistet wird.

In Bild EVVR 04 sind die Kraftwirkungen beider Situationen verdeutlicht. Links ist dabei eine Situation des Hinaus-Schleuderns dargestellt, rechts die des Herein-Ziehens, jeweils mit zwei Positionen der Bauelemente.

Eine Masse hat sich von A nach B bewegt und ihre Trägheit weist nach oben links außen (grün gestrichelt). Diese Masse muß nun nach C bewegt werden, während sich der Rotorträger (blaue Linien) von D nach E bewegt. Die Einwärts-Bewegung wird dabei vom Exzenterträger (graue Linien) bewirkt, lediglich eine geringe Stecke muß die Masse durch den Rotorträger bewegt werden (schwarzer Pfeil).

Es zeigt sich hier, daß diese erforderliche Bewegungsrichtung nahezu parallel zur Stellung des Rotorträgers verläuft. Es ist also nur eine sehr kleine Kraftkomponente in radialer Richtung aufzubringen (der Großteil der Arbeit wird durch Druckspannung im Rotorträger aufgebracht, analog zur Zugspannung in normalen Speichen eines Rades).

Mit-drehende Exzenterachse
Wichtig ist nun folgendes: einerseits schwingt die Masse um den Exzenterträger und zieht damit an der Exzenterachse (hier nach links). Andrerseits wird durch den Rotorträger Zug ausgeübt auf die Masse, damit auch auf den Exzenterträger. Die Drehung des Rotorträgers bewirkt also einen Druck auf die Exzenterachse (hier nach rechts). Es ist also keinesfalls so, daß während des Hinaus-Schleuderns die gesamte Trägheitskraft auf den Exzenter drückt.

Im Artikel über die Schwenk-Hebel-Maschine wurde graphisch dargestellt, daß die Masse beim Hinausfallen auf einer inneren Kurvenbahn praktisch über der exzentrischen Wand ´schwebt´ (weil vom Rotorträger von ihr weg gezogen). Dieser reduzierte Druck (an der Exzenterachse) gegen die Drehrichtung des Systems wird auch hier anhand dieser Kurbel-Konzeption bestätigt.

In der gegenüber liegenden Situation wird die Masse von F nach G bewegt. Hier reicht nun die Trägheitskraft über die nächste Position hinaus (grauer Pfeil), die Masse wird also verzögert. Auch hier wird die Einwärts-Bewegung durch den Exzenterträger bewirkt, die Trägheitskraft also in Richtung des Rotorträgers gelenkt. Der Abbau kinetischer Energie bei der Verzögerung führt so zur Beschleunigung des Rotorträgers.

Durch diese Umlenkung wirkt aber auch eine wesentliche Kraftkomponente als Zug am Exzenterträger und zieht damit an der Exzenterachse. Dieser Zug des Herein-Holens (hier nach rechts) ist sehr viel größer als der entgegen gesetzte aus der vorigen Situation des Hinaus-Fallens. Es ist also keinesfalls hier ein Kräftegleichgewicht gegeben. Bei diesem System wird vielmehr die Exzenterachse im Drehsinn des Systems mit bewegt - sofern sie nicht im Gehäuse am gleichen Ort festgehalten wird.

Mit-drehende Exzenterwandung
Bei der Schwenkhebelmaschine wurde die exzentrische Wandung drehbar um die Exzenterachse angelegt. Die Masse muß an dieser Wandung entlang rollen, wobei der Anpressdruck höchst unterschiedlich ist. Es ist also schwierig, dort einen ruhigen Lauf zu erreichen. Hier bei dieser Exzenterträger-Kurbel-Konzeption wird die Masse stets sicher geführt, wäre also relativ leicht eine ruhig laufende Maschine zu bauen.

Bild EVVR 05 zeigt obige Konstellation nochmals in vergrößertem Maßstab. Allerdings ist hier die Masse direkt am Ende des Exzenterträgers angebracht. Die wirksame Masse bewegt sich also auf einer Kreisbahn um die Exzenterachse. Insofern ist das Problem des Hinaus-Fallens und Herein-Holens hier nicht gegeben, alle Fliehkräfte zerren an der Exzenterachse und gleichen sich insgesamt aus.

Die Massepunkte (grüne Punkte) bewegen sich allerdings mit höchst unterschiedlicher Geschwindigkeit und somit sind sehr unterschiedliche Trägheitskräfte gegeben. Unten sind nochmals zwei Situationen dargestellt, links eine der Beschleunigungsphase und rechts entsprechend in der Verzögerungsphase. Wie bereits oben besprochen, muß zur Beschleunigung der Rotorträger nur eine relativ kleine Kraftkomponente als Zug auf die Masse aufbringen. Diese Zugkraft geht auch teilweise als Druck auf die Exzenterachse, sodaß an dieser nicht die volle Fliehkraft gegen den Drehsinn des Systems zieht. Diese Kraftkomponente trägt also zum Mit-Drehen der Exzenterachse um die Systemachse bei, geht dem System damit nicht verloren.

Umgekehrt wirken die Trägheitskräfte entweder (relativ tangential) beschleunigend auf den Rotorträger oder aber an der Exzenterachse im Drehsinn des Systems. Es ergibt sich dabei insgesamt, daß die Exzenterache hier im Drehsinn des Systems mit drehen wird. Dieses Mit-drehen resultiert aber keinesfalls (nur) aus dem durch den Rotorträger aufgebrachten Drehmoment, sondern aufgrund Trägheitskraft, dem Effekt des Schleuderns.

Energie-Bilanz
Bereits aus diesem statischen Bild ist zu erkennen, daß die Geschwindigkeit der Masse minimal (oben rechts) etwa ein Drittel geringer und maximal (unten links) etwa die Hälfte größer ist als die durchschnittliche Winkelgeschwindigkeit (bezogen auf die Exzenterachse). Entsprechend ist die jeweilige kinetische Energie der Masse in den unterschiedlichen Situationen.

Wenn nun die Exzenterachse mitdreht, verändert sich die kreisförmige Bahn der Massepunkte zu einer aus- und wieder eindrehenden Spiralbahn. Beim Hinaus-Fallen wird die Bahn immer ´gerader´, d.h. die Trägheitskräfte bleiben nahezu vollkommen erhalten. Nur so ist möglich, daß bei konstanter Drehung des Rotorträgers die Masse am Ende der Beschleunigungsphase deutlich höhere Winkelgeschwindigkeit erreicht und zugleich diese größere kinetische Energie an etwa doppelt so langem Hebelarm gegeben ist (bezogen auf die Systemachse, also absolut vergleichbar, als Bewegung ´über Grund´). Wollte man diesen Zuwachs an kinetischer Energie durch Beschleunigung an starrem Hebelarm konstanter Länge erreichen, wäre weit mehr Energieeinsatz erforderlich.

Umgekehrt stellt die Bahn in der Verzögerungsphase eine immer engere Kurve dar. Die gesamte Energiedifferenz aus der Beschleunigung wird über den Rotor- und Exzenterträger wieder in Drehmoment des Gesamtsystems überführt. Insofern gibt das gedankliche Modell dieser drei Kurbeln hier ein Abbild der Kraftwirkungen obiger Schwenkhebelmaschine. Dieses Prinzip kann in diversen Versionen technisch realisiert werden, wobei wiederum die Schachtelung von Lagern in Lagern sinnvoll sein wird (analog zum Vorgehen in den diversen Abschnitten des Kapitels Kornkreis).

Ergebnis
Die Bewegung wirksamer Masse auf aus- und eindrehenden Spiralbahnen, praktisch vordrehend-auswärts und wieder rückdrehend-einwärts (in Bezug auf die Systemdrehung) scheint also in wesentlichen Punkten vorteilhafter als der Bewegungsablauf auf schleifenförmiger Bahn, besonders weil dabei die kritische Phase des Überholens nicht gegeben ist.

Exzentrische Massen auf asymmetrischen Bahnen mit ungleichförmigem Geschwindigkeitsverlauf und vom Drehpunkt abweichender Stützpunkt - das nannte ich schon in meinen Schriften zu Würth-Schwungsystemen die wesentliche Voraussetzungen für ein perpetuum mobile. Teilaspekte der Effekte hat Felix Würth in hunderten Versuchen vielfach belegt. Neu ist hier der Gesichtspunkt, daß Masse von außen nach innen gedrückt werden muß (bzw. an separatem Hebel nach innen zu ziehen ist).

Analoge Ansätze finden sich in einem Gravitationskraft-Konverter, welcher bei Schneiders Kongressen vorgeführt wurde. Auch beim Patent einer ´Doppel-Schleuder´, über welche zuletzt im NET-Journal berichtet wurde, finden sich Ansätze zur Nutzung von Trägheit (siehe externe Links).

Ich habe hier versucht, einen theoretischen Ansatz zur Erklärung der Effekte anzulegen wie andrerseits Konzeptionen einer technischen Realisierung vorzulegen. Mit dieser Grundkonstruktion hier sind m.E. alle Anforderungen an ein perpetuum mobile erfüllt. Fachleute verfügen über das gesicherte Wissen, daß so etwas nicht sein darf. Auch die nächsten Generation sollte sich selbst davon überzeugen, z.B. indem Studenten die simple Mechanik aus EVVR 05 nachrechnen.

Laienhafterweise bin ich davon überzeugt, daß diese Maschine hier laufen würden. Allerdings genügt mir die Konstruktion noch immer nicht: im Kornkreisbild scheint das Problem auf raffinierte Weise gelöst zu sein.

Evert / 13.03.2000