In der Geschichte der Technik scheiterten viele Versuche zur Erfindung eines perpetuum mobile. Vom Bessler-Rad jedoch ist amtlich beglaubigt, daß diese ´selbstdrehende Rad´ gelaufen sein soll.
Johann Bessler (1680-1745) war eine schillernde Figur, nannte sich auch ´Orffyreus´, hatte unterschiedlichste Interessen und ´Jobs´, darunter auch den eines Uhrmachers. Immerhin hat ihn Leibnitz dem Landgrafen Karl von Hessen-Kassel empfohlen und Bessler wurde dort Kommerzienrat.
Zwischen 1712 und 1717 baute er verschiedene Räder, die sich selbst drehten und Gewichte von z.B. 35 kg heben konnten. Sein größtes Rad hatte einen Durchmesser von 360 cm und lief wochenlang in einem versiegelten Saal des Schlosses. Diese Maschine wurde von Gravesande und anderen Physikern und Fachleuten in Gang gesetzt. Es gab keine Verbindung zu anderen Geräten, die Drehzahl blieb konstant, auch wenn Lasten damit gehoben wurden. Das wurde von dieser Kommision in einem offiziellen Gutachten bestätigt.
Das Rad war mit Sackleinen bespannt und nur wenige durften Einblick in das Innere nehmen. Aber keiner davon verstand den komplizierten Mechanismus bzw. konnte ihn exakt beschreiben. Bessler gestattete keinem Fachmann einen Blick auf diese Technik, weil sie so einfach sei, daß jeder Zimmergeselle diese Maschine bauen könnte. Bessler verlangte hunderttausend Taler für die Erfindung, die ihm niemand zahlte. Also zerstörte er die Räder und nahm das Geheimnis mit ins Grab. Seither wird darüber gerätselt, wie ausführlich in der Literatur beschrieben ist.
Bei den meisten Versuchen sollen Gewichte an Hebelarmen ein Ungleichgewicht dadurch erzeugen, daß an bestimmten Positionen die Hebel umschlagen oder kippen. Doch damit ist auch stets ein entsprechender Verlust an Fallhöhe gegeben, sodaß hunderte solcher Versuche kein positives Ergebnis bringen konnten.
Nachdem dieses Rad tatsächlich gelaufen sein soll, wird dieses Problem hier intersucht. Zunächst werden in prinzipieller Weise die an einem Rad wirksamen Trägheitskräfte in Kombination mit Gravitationskraft diskutiert. Daraus werden generelle Lösungsansätze abgeleitet, die technisch in vielfältiger Weise realisiert werden könnten. In folgenden Kapiteln werden einige dieser Konstrukte im Detail dargestellt.
Vektoren der Trägheit und Schwere
In EVGIG 02 wird zunächst Bekanntes dargestellt, wobei Drehrichtung stets gegen den Uhrzeigersinn unterstellt ist. Im Bild oben links rotiert um einen Drehpunkt (DP) ein Massepunkt (MP), hier in einer Position nach jeweils 30 Grad Drehung dargestellt. In tangentiale Richtung weist jeweils die Trägheit (TK), durch grüne Linien gekennzeichnet. Senkrecht nach unten weist jeweils die Gravitationskraft (GK), hier als graue Linien markiert. Aus beiden Kräften ergibt sich eine Resultierende (RK), welche in Richtung der roten Linien weist.
Die Drehgeschwindigkeit ist in dieser Zeichnung so gewählt, daß die Trägheit exakt der Gravitation entspricht.
Im Bild oben rechts sind diese resultierenden Kräfte (RK) nochmals dargestellt. Ihre Komponente rechtwinklig zum jeweiligen Radius könnte als Drehmoment (DM) der Masse in der jeweiligen Position bezeichnet werden. Es ist leicht zu erkennen, daß dieses Drehmoment keinesfalls symmetrisch ist. In der Position außen rechts z.B. kompensieren sich Trägheits- und Gravitationskraft, die Masse ist dort ´schwere- und kraftlos´. In der Position außen links dagegen addieren sich beide Kräfte.
Neben dieser tangentialen Komponente obiger Resultierenden (RK) gibt es entsprechend eine Komponente in radialer Richtung, wie im Bild unten links dargestellt. Oben werden die Speichen damit auf Druck beansprucht (SD), womit praktisch eine Last auf die Achse ausgeübt wird. Unten werden Speichen entsprechend auf Zug (SZ) beansprucht, ergibt sich dieser radiale Zug damit auch auf die Achse. Dieser Druck bzw. Zug ist am stärksten in Positionen über bzw. unter der Achse, während in den Positionen ganz links und rechts keine radialen Kräfte gegeben sind.
Im Bild rechts unten ist nun ein Sachverhalt dargestellt, der wesentliche Bedeutung in dieser Problematik hat. Die Masse in den jeweiligen Positionen bzw. deren jeweilig resultierende Kraft werden als lastend auf einem waagrechten Hebelarm (HA) betrachtet, welcher z.B. um einen mittigen Drehpunkt (DP) schwenkbar ist. Der Betrag der jeweiligen Last ist als grüne senkrechte Linie dargestellt.
Hier zeigt sich nun deutlich, daß die Last (LA) höchst unterschiedlich verteilt ist. Links wirkt praktisch das doppelte Gewicht auf dem Hebel, mittig ist die normale Gewichtskraft (GK, entsprechend grüne gestrichelte Linie) gegeben, während ganz rechts keine Last anliegt.
Nur Reibung
Diese bekannten Kräfte wirken wenn eine exzentrische Masse in Rotation versetzt wird, aber ebenso bei jedem um eine Achse drehenden Rad. In EVGIG 03 sind diese Massepunkte (MP), die Resultierenden (rote Linien) und diese Lastverteilung (grüne senkrechte Linien) nochmals dargestellt. Der Hebelarm (waagrechte Linie) kann dabei um die Systemachse (SA) drehbar gedacht werden. Der Massepunkt sei auf einem Rotor (RO) angebracht, der fest verbunden ist mit einer Welle, welche sich um die Systemachse dreht. Diese Systemwelle sei im Gehäuse (GE) drehbar gelagert.
Die oben beschriebenen Kräfte sind dann wirksam, aber nicht nach außen. Alle wirken als Druck bzw. Zug auf die Welle bzw. Lager im Gehäuse. Bei einer exzentrischen Masse wirken sie je nach Position zeitlich versetzt in unterschiedliche Richtung und mit unterschiedlichen Beträgen. Diese Konstruktion entspricht aber auch jedem sich mit einer Welle drehenden Rad. Bei diesem wirken symmetrische Massen gleichzeitig, sodaß es nur eine gemeinsame Resultierende gibt, nach unten links weisend.
Nach außen hin ergeben diese wirksamen Kräfte also nur eine entsprechend einseitige Beanspruchung von Wellen und Lagern bzw. nicht nur senkrechten Druck im Gehäuse. Wenn aber diese nicht symmetrischen Kräfte nach außen nutzbare Kräfte ergeben sollen, kann als erste Konsequenz nur die Folgerung sein, daß bei dieser Zielsetzung der Rotor nicht unmittelbar im Gehäuse gelagert sein darf.
Schwebende Rotorachse
In diesem Bild EVGIG 03 unten ist der Rotor (RO) mit Massepunkt (MP) nochmals dargestellt, nun aber in einem Rotorträger (RT) durch ein Rotorlager (RL) drehbar gelagert. Der Rotorträger selbst sei zunächst wiederum als dreh- oder schwenkbar um die Systemachse (SA) unterstellt. Im Prinzip muß dieser Rotorträger so aufgehängt sein, daß er ´irgendwie´ frei schwebend im Raume steht, also vorige Kräfte an der Welle durch das Rotorlager nicht aufnehmen kann.
Dazu darf der Rotor auch nicht nur an seiner Welle bzw. diesem Rotorlager sich abstützen, sondern zusätzlich an anderen Bauteilen. Wenn der Rotor z.B. als Zahnrad ausgebildet wäre, könnte er Zahneingriff mit einem mittigen Zahnrad (ZR) aufweisen und damit obige Lasten auf zwei Punkte verteilt werden. Und bzw. oder dieser Zahneingriff könnte mit einem äußeren Zahnkranz (ZK) gegeben sein.
Beide Möglichkeiten sind hier zunächst nur schematisch angedeutet. Die unterschiedlichen Lasten sind hier von 2.0 bis 0.0 Gewichtseinheiten, analog zur Gravitation g, markiert. Schon aus dieser rein prinzipiellen Darstellung ist leicht erkennbar, wie diese Kräfte an unterschiedlich langen Hebelarmen wirksam werden könnten.
Balkenwaage
Es wäre durchaus eine Überlegung wert, Masse ohne jede Mittelwelle in dieser Weise rotieren zu lassen. Dann könnte nochmals verbesserte Verteilung von Lasten an jeweils günstigeren Hebelarmen möglich sein. In EVGIG 04 ist Masse ohne Mittelwelle in ringförmiger Anordnung dargestellt, unten schematisch eine Balkenwaage skizziert.
Wenn Masse bzw. ein Massepunkt (MP) während seiner Drehung in obiger Weise auf diese ´Balkenwaage´ (BW) wirken könnten, würde die Waage deutliches Ungleichgewicht anzeigen. Umgekehrt, wenn es gelingt die Masse derart wirken zu lassen, müßte eine Gegenkraft angesetzt werden, um die Balkenwaage in Balance zu halten. Eben diese Gegenkraft könnte die Nutzkraft eines Abtriebes sein.
Umfang der Nutzkraft
Oben wurde eine Drehgeschwindigkeit unterstellt, welche Trägheitskraft gleich Gravitationskraft ergibt. Das scheint die maximal mögliche Geschwindigkeit zu sein, weil damit auf der einen Seite die Gewichtskraft egalisiert wird, auf der andern verdoppelt. Es steht nicht zu erwarten, daß Gravitation als die ursächliche Kraft dieser Maschinen auch noch Levitation bewirken kann, also auch aufwärts gerichtete Beschleunigung zustande bringt.
Die Bessler-Räder drehten etwa ein mal je Sekunde, bei 3.6 m Durchmesser scheint das auch auf die bekannte Größe von 9.81 hinzuweisen. Von diesen Rädern ist auch bekannt, daß sie sehr rasch auf ihre Nenndrehzahl hoch liefen. Darüber hinaus beschleunigten die Räder nicht, wohl aber hielten sie unter Belastung diese Drehzahl bei.
In EVGIG 05 ist obiger Bewegungsablauf nochmals dargestellt, hier allerdings mit einer nur halb so großen Drehgeschwindigkeit. An einem Kräftedreieck sind die tangentiale Trägheitskraft (TK), die lotrechte Gravitationskraft (GK) sowie die resultierende Kraft (RK) eingezeichnet. Bei den anderen Positionen der Masse ist lediglich die Resultierende eingezeichnet.
Klar zu erkennen ist auch hier die Asymmetrie der Beträge und Vektoren dieser Kraft. Rechts wird hierbei z.B. die Gewichtskraft auf die Hälfte reduziert, links dagegen beträgt diese Last das 1.5-fache des Massegewichtes. Obige Unausgeglichenheit an Hebelarmen oder Balkenwaagen tritt also auch bei reduzierter Drehzahl in Erscheinung.
Darüber hinaus gilt sogar, daß schon nach einem ersten Anstoß zu dieser Bewegung von Masse eine Differenz der Gewichte bzw. Lasten gegeben ist, welche das System selbsttätig auf die maximale Drehzahl hoch fährt. Am Beispiel obiger Balkenwaage wird zumindest prinzipiell klar, warum dieses System die Drehzahl auch unter Belastung hält: das System wird kontinuierlich weiter laufen, wenn diese Balkenwaage in Balance gehalten wird, egal ob die Haltekraft vom System selbst aufgebracht wird oder diese Gegenkraft als Nutzkraft abgenommen wird.
Die Leistung einer solchen Maschine wird in jedem Fall begrenzt sein in Abhängigkeit vom Gewicht der wirksamen Masse und der Radien. Auf diese Art werden keine MegaKiloWatt-Kraftwerke zu bauen sein, wohl aber könnte damit genügend Energie ´für den Hausgebrauch´ zustande kommen können.
Lösungen
Mit diesem Kapitel sollte zunächst die Thematik aufgezeigt und grundlegende Fakten dargestellt werden. Darüber hinaus wurden hier schon die prinzipiellen Lösungsansätze skizziert. Es handelt sich hierbei keinesfalls um das übliche Umschlagen oder Umkippen irgendwelcher Hebel mit Gewichten. Vielmehr sollen hier vollkommen kontinuierliche Bewegungsabläufe auf kreisrunden oder zumindest harmonischen Bahnen erreicht werden.
Vermutlich werden sich die obigen Lösungsgrundsätze in unzähligen Varianten technisch realisieren lassen. Im folgenden Artikel sind zunächst einige Studien zum Schwerkraft-Motor dargestellt, wo entsprechende Konzeptionen erarbeitet werden.
Evert / 19.10.2000