Im Kapitel Trägheits- und Schwerkraft am Rad wurde angesprochen, daß der Rotor in ´irgendeiner Weise frei schwebend´ gelagert sein müßte. Im dortigen Bild EVGIG 03 wurde zum andern auch die Alternative angedeutet, daß der Rotor anstatt eines Zahneingriffs mit einem äußeren Zahnkranz in Verbindung mit einem mittigen Zahnrad stehen könnte.
Im Kapitel Studien zum Schwerkraft-Motor wurde die Aufhängung des Rotors an einem Pendelarm in verschiedener Weise ausgeführt. In Bild EVGIG 11 wurde ein Pendel mit Gegengewicht eingesetzt, in EVGIG 12 ein Pendelarm mit gegenüber liegenden Rotoren, inklusive eines mittigen Zahnrads. Diese Versionen arbeiteten mit exzentrisch angeordneter Masse.
Auf dieser Basis sollen hier weitere Untersuchungen vorgenommen werden. Dabei soll besonders die erforderliche Bewegung dieser Pendel heraus gearbeitet werden.
Ausgangsbasis der Überlegungen ist also ein Rotorsystem mit einem mittig feststehenden Zahnrad (FZ), um das ein Rotorzahnrad (RO) umläuft. Beide Zahnräder haben gleichen Radius. Sowohl dieser Rotor wie auch seine Achse (RA) drehen gleichförmig und gleichsinnig. Ein Massepunkt (MP) am Rand des Rotors ist in EVGIG 51 in seinen Positionen nach jeweils 30 Grad Drehung dargestellt. Die jeweilige Stellung des Radius zum Massepunkt ist markiert. Der Massepunkt beschreibt die bekannte apfelförmige Bahn. Drehung ist hier wieder generell gegen den Uhrzeigersinn unterstellt.
Pendelrad
Wie vielfach dargelegt, muß die Symmetrie der Bewegungsabläufe bzw. Kraftwirkungen gebrochen werden. Andererseits ist ein konstant drehender An- bzw. Abtrieb wünschenswert. In obigen Versionen wurde diese Konstanz in der konstanten Drehung des äußeren Zahnkranzes (oder entsprechender Abtriebs-Räder) unterstellt. Hier nun läuft der Rotor um ein mittiges Zahnrad um, d.h. die Rotorachse ist auf einem Rotorträger zu führen. Wenn dieser Rotorträger fest verbunden ist mit einer Welle um die Systemachse, kann dort der gleichförmige An- bzw. Abtrieb erfolgen.
Die in obigen Versionen angesprochene Pendelbewegung - und damit Asymmetrie aller wirksamen Kräfte - muß dann vom mittigen Zahnrad übernommen werden. Dieses Zahnrad darf damit kein feststehendes sein, sondern muß pendelnde Bewegungen ausführen können. In Bild EVGIG 52 ist dies schematisch dargestellt.
Der Rotor (RO) ist rechts dargestellt, sein Massepunkt (MP) weist hier nach links. Der Rotor ist in Zahneingriff mit dem Pendelrad (PR), welches dreh- bzw. schwenkbar um die Systemachse (SA) gelagert ist. Das Pendelrad weist ein exzentrisch angebrachtes Gewicht (PG) auf. Es wird unterstellt, daß das Pendelrad ein mal hin und her pendelt während einer Umdrehung des Rotors um seine Rotorachse, d.h. zugleich während einer Umdrehung der Rotorachse um die Systemachse, also einmal je Umdrehung des Rotorträgers bzw. der Systemwelle.
Bewegungsablauf
In diesem Bild ist der Rotor (RO) nur in dieser Position rechts eingezeichnet. Die Drehbewegungen sind im weiteren Verlauf nur durch die Position der Rotorachse (RA bzw. rote Punkte) und der jeweiligen Radien zum Massepunkt eingezeichnet. Als dünne Kurve ist dabei obige Apfelbahn nochmals eingezeichnet.
Das Pendelgewicht (PG) befindet sich in der Ausgangssituation rechts-oben im Totpunkt. Es wird also im Bewegungsablauf nun nach links schwingen, zunehmend schneller bis zu einer Position mittig-unten. Danach wird es nach links-oben schwingen, zunehmend langsamer zum anderen Totpunkt. In dieser Phase wird das Pendelrad (PR) also eine Drehbewegung im Uhrzeigersinn ausführen. Je Zeiteinheit sind in dieser Zeichnung z.B. 5, 10, 15, 10, 5 und 0 Grad Drehung unterstellt.
Diese Drehung des Pendelrads wirkt sich natürlich auf die Drehung des Rotors aus. Die Drehung des Pendelrads addiert sich zur Drehung des Rotors von jeweils 30 Grad der dargestellten Zeiteinheit. Der jeweilige Radius ist hier darum ein zweites mal eingezeichnet. Von der 3-Uhr- bis zur 9-Uhr-Position akkumuliert sich dieser Vorlauf auf 5, 15, 30, 40 und 45 Grad.
Die entsprechende Kurve dieses neuen Bahnverlaufs ist dick eingezeichnet. Gegenüber der normalen Apfelbahn ist diese Bahn nach oben rechts verschoben. Die Masse wird in dieser Phase also durch die Pendelbewegung des Pendelrads zunächst nach oben-rechts (bis zur 12-Uhr-Position) geschleudert, dann nahezu waagrecht nach links geführt (bis zur 11-Uhr-Position). In der Abwärtsphase (von der 11-Uhr- bis zur 9-Uhr-Position) weist die Masse höhere Geschwindigkeit als in der normalen Apfelbahn auf, gleichbedeutend mit höherer kinetischer Energie.
In der folgenden Phase wird das Pendelrad nun wieder zurück schwingen, womit obiger Vorlauf abgebaut wird bis zur Ausgangssituation in der 3-Uhr-Position. In dieser Phase wird die links-außen erreichte kinetische Energie der Masse abgebaut. Die Reduzierung der Massegeschwindigkeit wird dabei einerseits in Drehmoment am Rotorträger umgesetzt, wobei die vorliche Masse das Rotorlager und damit den Rotorträger hinter sich her zieht. Andrerseits wird auch das Pendelrad durch die Fliehkraft mitgezogen, d.h. Fliehkraft in potentielle Energie der Lage des Pendelgewichts transferiert.
Günstigere Bahn
In der 3-Uhr-Position ist hier das Pendelgewicht, aber auch die wirksame Masse in einer Totpunkt-Situation. Dieses abrupte Hereinziehen und totale Abstoppen der wirksamen Masse ist kein günstiger Bewegungsablauf. Besser wäre ein kontinuierlicherer Bahnverlauf. Diese wird erreicht, wenn die Masse nicht am Rand des Rotors angebracht wird sondern weiter innen. In Bild EVGIG 53 befindet sich der Masseschwerpunkt z.B. auf halbem Rotorradius und es ergibt sich damit ein wesentlich runderer Bahnverlauf.
Die Masse wird dabei mit praktisch konstanter Geschwindigkeit über den vorigen Totpunkt (von der 4-Uhr- zur 2-Uhr-Position) geführt auf nahezu senkrechter Bahn nach oben. Sie wird dann beschleunigt durch die zunehmende Pendelrad-Drehung (bis zur 12-Uhr-Position), praktisch waagrecht nach oben-links geführt (zur 11-Uhr-Position) und in die Abwärtsphase hinein beschleunigt (zur 9-Uhr-Position).
In der Phase der Pendel-Gegenschwingung ist deutlich zu erkennen, wie die Masse vorlich zur Rotorachse kommt und damit Drehmoment auf den Rotorträger ausübt und zugleich dieses Rückschwingen des Pendels durch die Fliehkraft intensiviert wird.
Bewegungsphasen
Um die Situation in den verschiedenen Phasen besser ersichtlich zu machen, sind in EVGIG 55 die Stellung des Pendelrads und des Rotors nach jeweils 30 Grad Drehung kreisförmig angeordnet.
Eingezeichnet ist jeweils die Position des Rotors zu Beginn und beim Ende der Phase sowie die Bahn (grüne Kurvenabschnitte), welcher der Massepunkt (grüne Punkte) in dieser Zeiteinheit zurück gelegt hat. Korrespondierend dazu ist die jeweilige Position des Pendelgewichtes eingezeichnet.
Die kleine Animation hier zeigt diese Situationen im zeitlichen Ablauf. Ersichtlich wird hierbei besonders, wie die Masse rechts nahezu mit konstanter Geschwindigkeit senkrecht nach oben geführt wird. Danach ist zu erkennen, wie die Masse oben in der Waagrechten und besonders in die Abwärtsphase hinein beschleunigt wird.
Praktisch parallel zur Massebewegung unten wird das Pendelgewicht nach rechts geschwungen. Nach dem untersten Bahnpunkt verzögert sich aber die Pendelbewegung wieder, sodaß die Masse dort um die Rotorachse nach oben geschleudert wird.
Pendelgewicht und -Länge
In dieser Animation ist erstmals das Pendelgewicht außerhalb des Pendelrads dargestellt. Um den oben beschriebenen Bewegungsablauf zu erreichen ist natürlich erforderlich, daß die Pendelschwingung mit der Drehung harmoniert. Entsprechend sind die Länge des Pendelarms wie das Gewicht des Pendelgewichts zu berechnen oder experimentell das Optimum zu ermitteln.
Es ist auch fraglich, ob das Pendel in dieser symmetrischen Form schwingen wird bzw. soll. Beispielsweise wird die potentielle Energie der Lage des Pendelgewichts im rechten Totpunkt transferiert in potentielle Energie der Lage der wirksamen Masse. Während die Masse nach oben geführt wird, fällt das Pendelgewicht entsprechend nach unten. Es ist also fraglich, ob das Pendel danach noch wie weit nach links ausschwingen wird.
Andrerseits will die Masse in der Abwärtsphase (etwa von der 10-Uhr bis über die 6-Uhr-Position hinaus) möglichst weit außen bleiben. Generell greift die Fliehkraft der Masse am Rotorlager und damit am Rotorträger an. Durch die relative Verzögerung der Pendelschwingung in der linken Totpunktlage des Pendelrads wird die Masse aber in eine vorliche Stellung zur Rotorachse gezwungen.
Danach kann die Masse nur eine äußere Bahn beibehalten, wenn sie das Pendel praktisch synchron mitzieht. Erst wenn das Pendelgewicht rechts wirksam wird und den Pendelausschlag nach rechts-oben reduziert bzw. stoppt, wird die Masse letztlich nach innen-oben geschleudert werden.
Es ist also durchaus vorstellbar, daß die Pendelschwingung nach rechts verlagert ist wie beispielsweise in EVGIG 57 skizziert. Zum Vergleich ist darin die äußerst mögliche Bahn der Masse als gestrichelter Kreis eingezeichnet. Die Pendelschwingung ist gegenüber der obigen Darstellung um etwa 15 Grad nach rechts versetzt gezeichnet.
Die Bahn weist noch immer den nahezu senkrechten Abschnitt in der Aufwärtsphase auf. Die Masse wird nicht so stark nach oben-außen beschleunigt, aber weiterhin oben und in die Abwärtsphase hinein. In der wesentlichen Abwärtsphase (von etwa 11-Uhr- bis 8-Uhr-Position) kann die Masse nahe der äußersten Bahn bleiben, praktisch eine lange Strecke relativ frei nach unten fallen.
Gegenüber der obigen Bahn bewegt sich die Masse unten auf einer sehr viel tieferen Bahn. Sie befördert dabei die Pendelmasse relativ hoch rechts hinauf. Erst dann wird die Masse relativ rasch nach innen geschleudert zum erneut senkrechten Anstieg rechts.
Bauprinzip
In Bild EVGIG 54 ist schematisch eine prinzipiell mögliche Bauform dieser Maschine dargestellt, oben in einer Seitenansicht, unten in einem Längsschnitt. Im Gehäuse (GE) ist um die Systemachse (SA) eine Welle drehbar gelagert. Diese ist fest verbunden mit dem Rotorträger (RT), der hier als Scheibe dargestellt ist.
Auf diesem Rotorträger ist ein Lager (RL) installiert, um welches das Rotorzahnrad (RO) drehbar ist. Die wirksame Masse (M) ist auf dem Rotor exzentrisch angebracht. Es kann ein Rotor installiert sein oder mehrere, hier z.B. vier. Damit nicht alle gleichzeitig ´takten´ wäre sinnvoll, daß ihre wirksamen Massen entsprechend versetzt angeordnet sind.
Frei dreh- bzw. schwenkbar um die Systemachse bzw. -welle ist das Pendelrad (PR), auf welchem exzentrisch das Pendelgewicht (PG) angebracht ist. Wenn mehrere Rotorzahnräder mit versetzt angeordneten Massen installiert sind, muß jedes Pendelrad entsprechend versetzt angeordnet sein. Wenn (wie zuletzt ausgeführt) das Pendelgewicht außerhalb des Pendelrad-Radius anzubringen ist, müßten die Pendelgewichte (anders als in dieser Darstellung hier) beidseits vom jeweiligen Pendelrad angeordnet werden.
In Maschinen werden Pendel normalerweise kaum eingesetzt und noch seltener wohl in Verbindung mit Zahnrädern. Diese Skizze hier zeigt jedoch, daß die Installation von Pendeln sehr wohl machbar und auch sinnvoll sein kann.
Hervorzuheben ist, dass die hier beschriebenen Pendelbewegungen beim Anfahren des Sytems automatisch in Gang kommen werden. Sobald der Rotorträger gedreht wird, rollen die Rotorzahnräder am mittigen (zunächst still stehenden) Pendelzahnrad ab. Sobald die wirksame Masse nach unten fallen kann, wird sie das Pendelrad entsprechend mitziehen und damit die Pendelbewegung auslösen. Voraussetzung ist lediglich, daß Pendelrad und Rotor in der zutreffenden Ausgangslage zueinander montiert werden.
Neben der hier dargestellten Version sind natürlich vielerlei Bauformen entsprechend obiger Prinzipien machbar. Es gibt zu dieser Steuerung per Pendelschwingungen aber auch eine gleichwertige Alternative in Form eines rundum drehenden Pendelrads, das aber mit ungleichförmiger Geschwindigkeit dreht.
Durch-drehendes Pendelrad
Dieser wichtige Lösungsansatz ist schematisch in Bild EVGIG 58 dargestellt. Um die Systemachse ist wiederum ein Pendelrad (PR) drehbar gelagert. Im Gegensatz zu den vorigen Darstellungen pendelt dieses Rad jedoch nicht nur hin und her, sondern dreht einmal um die Systemachse während einer System-Umdrehung (also einer Umdrehung des Rotorträgers).
Die im Pendelrad eingezeichneten Radien zeigen schematisch an, welche Kreissegmente in einer Zeiteinheit durchlaufen werden. Hier sind dies etwa 15, 30, 45, 45, 30 und wieder 15 Grad. Während einer Umdrehung werden also insgesamt 360 Grad durchlaufen. Wie oben dargestellt, ergibt sich entsprechender Vorlauf des Rotors.
Der Rotor (RO) weist gegenüber dem Pendelrad doppelten Radius auf. Beim Umlauf um ein halb so großes Zahnrad würde dieser Rotor nur eine halbe Umdrehung um seine Achse ausführen. Da hier aber zugleich das Pendelrad eine gegenläufige Umdrehung ausführt, dreht auch der Rotor um 360 Grad während einer Systemdrehung um seine Achse (RA).
Die Bahn der wirksamen Masse (M) ist wiederum als grüne Kurve eingezeichnet. Obwohl der Schwerpunkt der Masse-Positionen außermittig nach links verlagert ist, entspricht diese Bahn wohl kaum den oben gestellten Anforderungen. Sie ist unten viel zu flach, die Fliehkraft kann sich dort nicht positiv auswirken. Dieses Beispiel soll auch nur verdeutlichen, worauf es entscheidend ankommt: in welchen Phasen die Bewegung des Pendelrads welche Beschleunigung bzw. Verzögerung der Rotordrehung bewirkt und wo dabei die Masse ihren äußersten Bahnpunkt einnehmen wird.
Totpunkt-Linie diagonal
Oben wurde der Totpunkt des Pendels erreicht, wenn die Masse sich rechts bzw. links auf ihrem innersten bzw. äußersten Bahnpunkt befindet. In EVGIG 61 ist wieder eine Bewegung des Pendelrads dargestellt, wie sie aufgrund einer Steuerung per Pendel erreicht werden könnte (hier mit etwa 5, 25 und 60 Grad je Zeiteinheit unterstellt, durch die Radien markiert).
Die wirksame Masse erreicht auch hier ihren innersten Bahnpunkt rechts und ihren äußersten Bahnpunkt links. Die ´Totpunkt-Linie´ ist hier aber schräg gestellt dergestalt, daß die größte Rotor-Beschleunigung vor und nach der 10-Uhr-Position erreicht wird. Dadurch ergibt sich dieser höchst interessante Bahnverlauf der wirksamen Masse.
Diese Beschleunigung erfolgt in das Abwärts-Fallen der Masse hinein bis zur 9-Uhr-Position. Die Masse ist dort leicht zu beschleunigen (Details dazu sind in späteren Kapiteln dargestellt), d.h. mit geringem Energieeinsatz. Danach dreht das Pendelrad langsamer gegenläufig, sodaß die Masse zwar in vorlicher Stellung zu ihrer Rotorachse kommt, aber nahe ihrer äußeren Bahn verbleiben kann. Die Massegeschwindigkeit wird abgebaut (bis etwa zur 6-Uhr-Position) und in Drehmoment am Rotorträger transferiert.
Dort dreht das Pendelrad wieder schneller in gegenläufigem Drehsinn, wodurch der Rotor beschleunigt dreht, also seine Masse nach innen geschleudert wird. Bei etwa 4-Uhr-Position erreicht die Masse den relativ senkrecht nach oben weisenden Bahnabschnitt der Aufwärtsbewegung. Die Massegeschwindigkeit bleibt in der gesamten Phase (bis 12-Uhr-Position) nahezu konstant.
Die Drehgeschwindigkeit des Pendelrads ist in dieser Phase relativ gering, sodaß die Masse lange Zeit auf einer inneren Bahnkurve verbleibt, einerseits am Rotorlager hängend und andererseits auf dem Pendelrad lastend. Durch die konstante Geschwindigkeit wird die Masse per Trägheit nahezu automatisch zur nächsten Position getragen.
Erst ab der 12-Uhr-Position wird die Rotordrehung beschleunigt, wobei allerding die Masse nur nahezu waagrecht nach links-außen verlagert. Ab der 11-Uhr-Position wird dann erneut in die Abwärtsbewegung hinein beschleunigt.
Dieses Beispiel soll aufzeigen, wie durch geschickte Organisation der Beschleunigungen/Verzögerungen ein Bahnverlauf erreicht werden kann, bei welchem die Kraftwirkungen in Summe keinesfalls null sind. Ein entsprechender Bahnverlauf kann natürlich auch bei gleich großem Radius von Pendelrad und Rotorrad erreicht werden, d.h. auch nur mit oben beschriebenem Hin-und-Her-Pendeln des Pendelrads. Eine wesentlich einfachere Konstruktion für diese Funktion wird in einem späteren Kapitel dargelegt.
Der (ungleichförmige) Kreis schließt sich
Im Januar 1999 hatte ich Projekte zu Schwungsystemen ins web gestellt, die meines Erachtens wert wären angegangen zu werden. Bislang hat niemand diese Anregungen aufgegriffen, leider auch nicht Felix Würth, obwohl die meisten Projekte darin aus meinen Ausarbeitungen zu den Würth-Schwungsystemen resultierten.
Dort ist beispielsweise eine Zeichnung exzentrische Massen dargestellt, die praktisch komplett obige Anforderungen an einen optimalen Bewegungsablauf erfüllt: es ist ein Umkehrgetriebe eingesetzt (für die gegenläufige Drehung des ´Pendelrads´), anstelle des Pendels sind dort Zahnriemengetriebe vorgesehen (mit ungleichförmigen Rädern) zur Beschleunigung/Verzögerung der Rotoren mit exzentrischer Masse. In anderen Zeichnungen wurden die erforderlichen Bahnen beschrieben. Details hierzu sind in meinen Ausarbeitungen zu Würth-Schwungsystemen dargestellt, die aber nurmehr als Download-Schwung-Systeme verfügbar sind.
Diese Steuerung per mittigem Rad hat Würth in 2000 aufgegriffen und vorgestellt, im Mai konnte ich diese erste konkrete Bestätigung meiner Behauptungen (insbesonders zum Exzenter-Noppengetriebe) ins web stellen, im September habe ich diese Maschine auf dem Kongress in Zürich vorgeführt. Diese Demo wie meine Erläuterungen hierzu stießen auf großes Interesse, den Erfolg mit Würth-Schwungsystem habe ich hier dargestellt.
Zuvor wollten wir immer Maschinen erfinden, die vollkommen ´automatisch´ liefen, also ohne aktives Eingreifen oder irgendwelche Zufuhr von Energie. Mit dieser Maschine lernten wir, daß durchaus sinnvoll sein kann, Energie zu Steuerungszwecken zuzuführen. Es war dabei leicht zu erkennen, daß der Steuerungsaufwand insgesamt sich zu null addieren wird - so wie obige Pendel keine Energie verbrauchen, keine ´Arbeit´ leisten, aber dennoch wertvolle Steuerungsfunktionen erfüllen können.
Aber die technische Realisierung dieser Steuerung ist aufwendig. Das obige Prinzip der Pendel-Steuerung wird dagegen relativ einfach sein und eine andere Lösung wird in späteren Kapiteln dargestellt werden. In der Zwischenzeit wurden diverse Experimente mit Kombination der Gravitations-Aspekte (aus den bislang hier dargestellten Erkenntnissen zum Bessler-Rad) und den Fliehkraft-Aspekten (der Rotorsystemen mit vertikaler Achse) gefahren. Dazu habe ich Ausarbeitungen fertigt gestellt, die aber derzeit aus gegebenem Anlaß noch nicht öffentlich gemacht werden können.
Einige der obigen Zeichnungen können sowohl mit vertikaler als auch horizontaler Achse betrachtet werden. Erfolgreiche Konzeptionen werden Gravitation wie Fliehkraft (wie anderer Energie-Felder, siehe spätere Kapitel) auf analoge Weise nutzen können.
Den wesentlichen Ansatz zu der hier vorgestellten Steuerungslogik per Pendel fand ich allerdings durch genaue Betrachtung der zum Bessler-Rad mir verfügbaren Bilder. Diese Analysen zum Bessler - Pendel werden im nächsten Kapitel dargestellt.
Evert / 01.12.2000