Bei einer Diskussion um Träge und Schwere Masse in 1998 stellte Felix Würth einen einfachen Versuch vor, der leicht durchzuführen ist: eine Briefwaage ist unten zu halten und ein Gewicht darauf zu legen. Bewegt man die Waage nach unten, so wird eine ganze Zeit lang sehr viel geringeres Gewicht angezeigt. Bewegt man die Waage nun wieder nach oben, so zeigt die Waage ganz erstaunlich hohes ´Gewicht´ an.
In EV CPS 01 ist dieses schematisch dargestellt: ein Gewicht (roter Kreis, MP = Massepunkt) liegt auf einer Feder. Diese zeigt das normale Gewicht der Masse an (bei A). Wird nun die Auflage der Feder nach unten bewegt, so entspannt sich die Feder (bei B). Ein (scheinbar) geringeres Gewicht drückt nurmehr auf die Auflage. Wird umgekehrt nun die Auflage der Feder nach oben geführt, so wird die Feder (bei C) zusammen gedrückt. Die Masse übt dann einen relativ hohen Druck gegen die Auflage aus.
Beschleunigungen vertikal und horizontal
Dieses gilt natürlich auch, wenn die Versuchsanordnung zugleich in waagrechter Richtung bewegt wird, wie z.B. bei EV CPS 02 von links nach rechts (A). Das Auf-und-Ab der Federauflage soll dabei entlang einer geschwungenen Linie erfolgen (AA), welche praktisch einen Abhang und einen Aufhang darstellt in Relation zur Horizontalen (HL). Am Abhang ist damit die Situation entsprechend B gegeben, am Aufhang entsprechend C. Analog dazu drückt die Masse links auch mit geringerem ´Gewicht´ auf den Abhang, während rechts am Aufhang großer Druck gegeben ist.
Dieses gilt insbesonders, wenn die horizontale Bewegung der Masse nicht gleichförmig ist, sondern über dem Abhang beschleunigt (D) und am Aufhang entsprechend verzögert wird (E). Dem Druck der Masse wirkt entsprechender Gegendruck der Auflage entgegen, allerdings senkrecht zur jeweiligen schiefen Ebene. Am Abhang (bei F) ergibt sich aufgrund des geringen Drucks (wie der obigen Beschleunigung nach rechts) eine relativ geringe Druckkomponente horizontal nach links. Am Aufhang (bei G) dagegen ergibt sich aufgrund des hohen Drucks (und der durch den Aufhang zu bewirkenden Verzögerung) eine relativ große Druckkomponente horizontal nach rechts. Aufgrund dieser Druckdifferenzen ergibt sich ein Schub auf die gesamte Auflagebahn nach rechts.
Die Beschleunigung von Masse erfordert Kraftaufwand, entsprechend ihres Gewichtes. In einer Hubbewegung in Gravitationsrichtung ist Masse ´leicht´, bei der Hubbewegung gegen die Gravitationsrichtung ´schwerer´. Leichte Gewichte lassen sich leichter beschleunigen. Das wird z.B. beim Aufschaukeln eines Pendels (z.B. Schaukel oder Glocke) genutzt: Energie wird zweckmäßigerweise darum auch hier nur in der Abwärtsbewegung eingebracht.
Ab- und Aufhang im Kreis
In EV CPS 02 unten ist nun diese Versuchsanordnung gedanklich zum Kreis gebogen. Die obige horizontale Linie (HL) ergibt dann konzentrisch zur Systemachse (SA) einen Kreis, welcher hier Zylinder (ZY) genannt wird. Die obige Kurve des Ab- und Aufhangs (AA) ergibt ebenfalls einen Kreis, welcher hier exzentrische Wand (EW) genannt wird, allerdings konzentrisch zur Exzenterachse (EA). Wie oben so soll auch hier die Masse entlang der exzentrischen Wandung bewegt werden, hier z.B. gegen den Uhrzeigersinn. In Relation zur Systemachse weicht dann oben die Wand zurück, ist also die Situation vergleichbar zum Abhang. Umgekehrt wird unten die Masse wieder näher zur Systemachse geführt, sodaß die Druckverhältnisse hier vergleichbar sind zu obigem Aufhang. Entsprechend obiger horizontalen Schubkomponenten bewirken die Druckdifferenzen damit eine Drehung der exzentrischen Wand um die Systemachse.
Gravitations- und Fliehkraft
Diese beiden Kräfte sind durchaus vergleichbar: Schwerkraft wirkt zentripedal in radialer Richtung zum Erdmittelpunkt, umgekehrt wirkt Fliehkraft zentrifugal in radiale Richtung vom Zentrum einer Drehbewegung weg. Obige ´Gewichtsdifferenz´ wird also auch auftreten, wenn rotierende Masse vom Drehpunkt weg bzw. hin zum Drehpunkt bewegt wird. Natürlich ist Voraussetzung, daß die Masse eine Drehbewegung ausführt und somit Fliehkraft existiert. Analog zu obigem ist ebenso zweckmäßig, daß in der Auswärtsbewegung beschleunigt wird, wenn die Masse ´leicht´ ist während sie sich in Richtung der Fliehkraft bewegt.
Diese prinzipelle Erscheinung von schwerer und leichter Masse hat Felix Würth bereits vor Jahren in seinem Buch beschrieben. Obige prinzipielle Bewegungsabläufe sind hier in vielfältigen Konstrukten genutzt. In den zur Kornkreis-Maschine hinführenden Konzeptionen ist dieser Effekt aufgrund der ineinander geschachtelten Lager z.T. nur schwer erkennbar. Bei der Schwenk-Hebel-Maschine dagegen ist der Effekt deutlich erkennbar. Hier soll nun eine weitere Variante vorgestellt werden, welche durch einfachste Bauart das oben beschriebene Prinzip auf unmittelbare Weise umsetzt.
Anstelle des Schwenkhebels werden hier praktisch einfache Speichen eingesetzt, auf denen sich Masse in Drehbewegung befindet und zugleich obige Hubbewegungen ausführt. Ein schematischer Quer- und Längsschnitt ist in EV CPS 03 dargestellt.
Rotorträger-Kreuz
Der Antrieb (AN) erfolgt über eine Welle, welche sich um die Systemachse (SA) dreht.
Auf dieser Welle sind Rotorträger (RT) fest montiert, welche in radiale Richtung weisen. Auf jedem Rotorträger ist ein Rotor (RO) so gelagert, daß er linear zu bewegen ist in radialer Richtung. Mittels Antriebswelle und Rotorträger wird also die Rotormasse in Drehbewegung versetzt. Andrerseits erfüllt der Rotorträger die Funktion eines Gleitlagers.
Rotor und exzentrische Wand
Die Rotormasse sollte möglichst weit außen konzentriert sein, sodaß möglichst große Fliehkräfte auftreten. Hier sind die Rotoren näherungsweise als Kreissegmente dargestellt. In Summe dürfen diese Segemente nur weniger als 360 Grad ergeben.
Die Fliehkraft drückt den Rotor nach außen, wo er sich gegen die exzentrische Wand (EW) abstützt. Der mechanisch Kontakt zwischen Rotor und exzentrischer Wand ist hier als Rotorrolle (RR) bezeichnet, könnte beispielsweise ein Kugellager sein. Natürlich können die Proportionen andere sein als in dieser Prinzip-Skizze, hier z.B. walzenförmige Lager eingesetzt werden, auch vorn und hinten am Rotor etc.
Die exzentrische Wand ist wie in anderen Konzeptionen hier eine runde Aussparung in einem kreisrunden Zylinder (ZY). Der Mittelpunkt der Aussparung wird hier Exzenterachse (EA) genannt. Zwischen Exzenter- und Systemachse ist ein Abstand gegeben, der hier Exzentrität genannt wird.
Der Zylinder ist drehbar um die Systemachse im Gehäuse (GE) gelagert, hier z.B. mittels einer Hohlwelle, an welcher der Abtrieb abgenommen werden kann. Hier ist z.B. die Antriebswelle in dieser Hohlwelle drehbar gelagert.
Bewegungsablauf und Kraftwirkung
Die damit gegebenen Bewegungsabläufe und Kraftwirkungen sind in diversen Kapiteln dieser website mehrfach beschrieben.
Auch obiges Experiment zeigt das Wesentliche auf.
Anfangs wird die Masse auf einer Kreisbahn innerhalb der exzentrischen Wand bewegt, allerdings mit unterschiedlicher Geschwindigkeit. Aufgrund der Asymmetrie der wirkenden Kräfte wird die exzentrische Wand beginnen, sich im Drehsinn des Systems mit zu drehen. Damit wird die Masse auf aus- und eindrehenden Spiralbahnen bewegt. Die Masse wird dabei weiterhin über Grund geschleunigt und verzögert durch die Antriebswelle bzw. die Rotorträger. Wenn das System auf seine Nenndrehzahl hoch gefahren ist, erfordert der Antrieb aber keine Energie mehr, lediglich die Reibung muß überwunden werden.
Beschleunigt wird in der Auswärtsbewegung, wenn die Masse ´leicht´ ist. Die Tangente der exzentrischen Wand weist hier einen spitzen, nach auswärts weisenden Winkel zur jeweiligen Trägheitsrichtung auf. Die Masse übt darum nur einen relativ geringen Druck auf die (im Drehsinn) hintere Seite der exzentrischen Wand auf. Diese Phase entspricht also dem Absenken der Waage in obigem Experiment.
Am äußersten Bahnpunkt erreicht die Masse hohe kinetische Energie, welche anschließend auf die immer stärker einwärts sich krümmende Spiralbahn trifft. Die Tangente der exzentrischen Wand weist nun nach innen in Bezug auf die Trägheitsrichtung. Die exzentrische Wand stellt der Trägheit somit einen hohen Gegendruck entgegen. Umgekehrt betrachtet, erfährt die vordere Seite der exzentrische Wand dadurch eine erheblich höheren Druck (als die Rückseite). Diese Phase entspricht dem Anheben der obigen Waage.
Die Druckdifferenz beider Seiten der exzentrischen Wand stellt die nutzbare Energie dar. Am Hebel von System- zur Exzenterachse ergibt sich damit ein Drehmoment, das an der Zylinder-Hohlwelle zur freien Verfügung steht.
Bauvariante Ringsegmente
Eine wesentliche Variante zu obigen Rotorrollen ist in EV CPS 04 wiederum schematisch dargestellt. Die Masse des Rotors wird dort in Form von Bogensegmenten abgebildet. Die Krümmung außen entspricht dem Durchmesser der exzentrischen Wand. Die Masse kann damit an dieser gleitend geführt werden.
Anstelle der Rotorrollen ist hier ein Rotorlager (RL) vorgesehen, praktisch ein Kreuzgelenk bzw. Lager mit zwei Achsen. Zweckmäßigerweise wird es im Masseschwerpunkt des Rotors angeordnet sein. Die Rotorträger führen durch dieses Gelenk hindurch, womit die relative Hubbewegung der Rotormasse ermöglicht wird. Dieses Gelenk weist zum andern eine Welle parallel zur Systemachse auf. Der Rotor ist um diese Achse schwenkbar, sodaß damit die wippende Bewegung der Masse in Bezug zur Rotorträgerrichtung ermöglicht wird.
Damit ist eine schlüssige Übertragung der Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte gegeben und zugleich bestmöglicher Kraftschluß zwischen An- und Abtrieb.
Auf der Systemachse können in einer axialen Ebene mehrere wirksame Massen installiert werden, z.B. dieser ´Achtzylinder´ hier. Sowohl die Antriebswelle wie der Zylinder können so stabil angelegt werden, daß problemlos solche Module mehrfach neben einander montiert werden können, jeweils mit versetzten Rotorträgern. Mit einfachsten technischen Mitteln ist damit auf engem Raum relativ viel wirksame Masse unterzubringen. Am Abtrieb liegt damit ein gleichförmiges Drehmoment an.
Bauvariante Rotor- und Exzentermasse
Eine weitere Bauvariante ist in EV CPS 05 schematisch dargestellt. Der Rotorträger (RT) ist hier in Form einer Scheibe angelegt. In radialer Richtung sind darin längliche Aussparungen angebracht, welche als Rotorlager (RL) gekennzeichnet sind. Damit kann wirksame Masse (RM) innerhalb des Rotorträger gelagert werden, welche in radialer Richtung linear gleiten kann.
Andrerseits ist wiederum wirksame Masse (EM) gegeben in Form von Bogensegmenten, welche innerhalb der exzentrischen Wand (EW) gleitend beweglich ist. Hier nun wird diese Masse beidseits in einem Exzenterlager (EL) geführt, welches praktisch eine ringförmige Aussparung innerhalb der Zylinders (ZY) darstellt.
Die wirksame Masse kann damit (im Stillstand) nicht nach innen fallen. Die Systmachse kann somit vertikal oder horizontal gelagert sein bzw. beliebige Stellung einnehmen.
Beide Massen, die im Rotorträger wie im Zylinder gelagerten, sind über eine Welle miteinander verbunden. Um diese Welle sind die Masseteile schwenkbar, um das relative Schwingen gegeneinander zu ermöglichen (hier nur schmematisch angedeutet).
In EV CPS 06 ist in die Kontur des obigen Längsschnitts eine Seitenanschicht schematisch eingezeichnet. Dieses Bild zeigt die Ansicht auf eine Baugruppe wirksamer Masse von außen. Im Rotorträger (RT) könnten beispielsweise in radialer Richtung runde Bohrungen eingearbeitet sein, welche das Lager (RL) der im Rotorträger befindlichen Masse (RM) darstellt. Diese Masse könnte zylinderförmig sein, sich innerhalb dieser ebenfalls zylinderförmigen Aussparung gleitend bewegen.
Parallel zur Systemachse ist diese Masse verbunden durch eine Welle mit der innerhalb der exzentrischen Wand (EW) beweglichen Masse (EM). Mit diese Welle sind praktisch die Masseteile miteinander verschraubt. Allerdings müssen die Teilmassen gegeneinander beweglich bleiben, um die relative Wippbewegungen zu ermöglichen.
Über die hier aufgezeigten Bauvarianten hinaus wird es viele Möglichkeiten geben, die aufgezeigten Bewegungsabläufe technisch zu realisieren. Die hier dargestellten Größenverhältnisse sind ebenfalls nur beispielhaft. Es könnten z.B. sehr viel mehr Teilmassen an sehr viel größerem Radius eingesetzt werden.
Getriebe zwischen An- und Abtrieb
Die Leistung dieses Motors beruht allein auf der Nutzung von Trägheitskraft, ist also abhängig von der gefahrenen Drehzahl. Zwischen An- und Abtrieb existiert eine ´weiche´ Verbindung, ein Element kann sich drehen während das andere still steht. Dieses Konstrukt stellt damit auch eine mechanisch Kupplung dar bzw. ist zugleich ein Automatikgetriebe. Im Vordergrund steht jedoch zunächst der Einsatz dieser Maschine als Motor.
Je nach Bauart wird sich durch Versuche zeigen, bei welcher Drehzahl des Antriebs welche Drehzahl mit welchem Drehmoment am Abtrieb verfügbar sein wird. Derzeit wird vermutet, daß der Antrieb etwa zehn mal schneller drehen muß als die gewünschte Abtriebdrehzahl. Die für den Antrieb erforderliche Kraft (bzw. letztlich nur die zur Überwindung von Reibung) wird zehn bis hundert mal geringer sein als die am Abtrieb verfügbare Kraft.
Wenn dieser Motor unterschiedlich hohe Leistung zur Verfügung stellen soll, so muß der Antrieb elektronisch steuerbar sein. Wenn dieser Motor jedoch eine konstante Drehzahl fahren und gleichbleibende Leistung abgeben soll (z.B. als Antrieb eines Stromgenerators), könnte auch ein Getriebe zwischen An- und Abtrieb das durch Versuche ermittelte Drehzahlverhältnis auf direkte Weise gewährleisten.
Direkte Umsetzung der Kriterien
In vorigen Kapiteln wurden fünf Kriterien aufgestellt, welche zur Nutzung von Trägheitskräften erfüllt sein müssen. Mit dieser Konzeption des ´Centrifugal-Power-Spiders´ hier wird diesen Kriterien auf direkte Weise entsprochen. Diese Maschine verdeutlicht damit einleuchtend die wirksamen Prinzipien:
Ein Antrieb muß für Bewegung sorgen, damit Fliehkraft existent wird. Die Bewegung muß Beschleunigung und Verzögerung aufweisen und die wirksame Masse muß exzentrisch sein, damit sich eine wirksame Resultierende aus allen Kraftwirkungen ergeben kann. Kinetische Energie wird gewonnen, wenn zur Drehbewegung sich aus Fliehkraft resultierende Bewegung vektoriell addieren kann, also bei zentrifugaler Hubbewegung plus (beschleunigter) Drehbewegung. Diese zusätzlich verfügbare Energie steht am Abtrieb zur Verfügung, wobei die Schubkomponente aus der zentripedalen Hubbewegung die nutzbare Energie darstellt.
Quelle der Energie
Die nutzbare Kraft resultiert aus Trägheit. Die Existenz von Trägheit und damit Fliehkraft wird hier einfach unterstellt (so wie bislang wohl keiner die Ursache dieser Kräfte erklären kann). Es wird hier keine Energie verbraucht oder umgewandelt. Die Nutzung der Trägheit ist vielmehr lediglich eine Frage der Organisation von Bewegungsabläufen: so daß sich alle Kraftkomponenten nicht ständig zu null addieren. Es wird hier nur die Symmetrie gebrochen, welche ansonsten bei jedem Rad oder einfachen Rotorsystem gegeben ist.