Im vorigen Kapitel Bessler-Rad wurde als eine wesentliche Möglichkeit zum Nachbau der Bessler-Maschine eine Konstruktion mit Rotor-Rädern vorgeschlagen. Die meisten der bekannten Bessler-Nachbildungen jedoch basieren auf Hebelsystemen, allerdings ist mir keines bekannt, welches den äußeren Pendelmechanismus einbezieht. Darum wird hier der Versuch unternommen, die Wirkung dieses externen Pendels auf ein Bessler-Rad zu untersuchen, das auch intern nur ein System von Hebeln aufweist.
Ausgangsbasis
Die Masse muß dabei irgendwo am Bessler-Rad befestigt oder gelagert sein, andererseits an dem mittigen Pendelrad. Die Distanzen zwischen irgendeinem Punkt auf dem Bessler-Rad und einem auf dem Pendelrad variieren während eines Umlaufs. Diese variable Länge könnte durch einen teleskopierbaren Stab dargestellt werden oder es müssen zwei Hebel eingesetzt werden mit einem Gelenk dazwischen oder gar mehrere Hebel mit mehreren Gelenken (also gleichschenklige Trapeze ähnlich bekannter Zangensysteme, oder auch nicht symmetrischer Parallelogramme). Hier wird zunächst ein System mit zwei Hebeln untersucht, welche durch ein Gelenk miteinander verbunden sind.
Es wird hier ein externer Pendelmechanismus unterstellt analog zu dem in vorigem Kapitel beschriebenen. Diese außerhalb des eigentlichen Bessler-Rads befindlichen Komponenten sind hier also nicht nochmals dargestellt.
Grund-Konzeption
In Bild EVBER 11 ist das Prinzip dargestellt. Um die Systemachse (SA) schwenkbar soll dieses mittige Steuerungs-Rad sein, zur Unterscheidung von obigen Pendelrädern hier Schwenk-Rad (SR) genannt. Auf diesem Schwenk-Rad soll mittels Gelenk (SG) ein ebenfalls schwenkbarer Hebel (SH) befestigt sein. Die eingezeichneten Positionen des Gelenks bzw. der Radien auf dem Schwenk-Rad markieren den Bereich von 90 Grad, der maximal für das Hin-und-her-Schwingen dieser Steuereinrichtung zur Verfügung stehen soll.
Das Bessler-Rad (BR, hier nur ein Sektor per gestricheltem Kreisbogen skizziert) dient eigentlich wieder als Rotor-Träger, wobei hier kein umlaufender Rotor eingesetzt werden soll (im Gegensatz zu voriger Räder-Konzeption). Auf dem Bessler-Rad ist aber ein Lager angebracht, hier als Rotor-Gelenk (RG) bezeichnet. Um dieses Gelenk schwenkbar ist ein Rotor-Hebel (RH). Dieser Rotorhebel ist mit obigem Schwenkhebel durch ein drittes, mittiges Gelenk (MG) verbunden, in dessen Nähe auch die wirksame Masse installiert sein könnte.
Unten in Bild EVBER 11 ist schematisch ein Längsschnitt bzw. eine Draufsicht gezeigt, wobei alle Teile symmetrisch angelegt sind. Das Schwenkrad (SR) ist praktisch ein Kurbelwelle mit einem Kurbelgelenk (SG). Die ´Pleuelstange´ dieser Kurbelwelle ist hier als Schwenkhebel (SH) bezeichnet. An dessen äußerem Ende steht er über das mittige (Masse-) Gelenk (MG) in Verbindung mit den Rotorhebeln (RH, der Symmetrie wegen doppelt ausgeführt). Diese sind wiederum per Rotorgelenk (RG) auf dem Bessler-Rad (BR) beweglich gelagert. Anstelle der vollen Kreisfläche eines Bessler-Rads würde ein Balken als Rotorträger ausreichen. Parallel zu diesem Modul könnte ein zweites angelegt sein.
Bahnverlauf
Als Ausgangssituation kann die 12-Uhr-Position des Rotorgelenks (RG) betrachtet werden. Der Rotorhebel (RH) zeigt hier nahezu senkrecht nach unten. Der Masseschwerpunkt (MP) ist bei etwa drei Viertel der Länge des Rotorhebels eingezeichnet. Am inneren Ende des Rotorhebels ist dieser über das mittige (bzw. Masse-) Gelenk (MG) mit dem Schwenkhebel (SH) beweglich verbunden. Am andern Ende des Schwenkhebels ist dieser durch das Schwenkgelenk (SG) ebenfalls beweglich mit dem Schwenkrad (SR, hier nicht eingezeichnet) verbunden. Das Schwenkrad bzw. -gelenk weist senkrecht nach unten. Die beiden Hebel sind also in einer Stellung maximaler Streckung zueinander.
In dieser obigen Position befindet sich der Rotorhebel in einer Bewegung nach links und ebenso der Schwenkhebel. Der Massepunkt wird in dieser Phase nach links-außen beschleunigt, wobei das ausschwingende Schwenkgelenk über den Schwenkhebel zur Beschleunigung wesentlich beiträgt. Über die 9-Uhr-Position (stets der des Rotorgelenks) fällt die Masse mit maximaler Geschwindigkeit nach unten.
Der Schwenkhebel zieht anschließend die Masse nach innen bzw. umgekehrt zieht nun die Masse das Schwenkgelenk wieder nach unten. Mit dieser Konstruktion wird also erreicht, daß die Fliehkraft der Masse hier vorrangig vom Schwenkhebel abgefangen wird. In dieser Phase speist die Fliehkraft somit Energie in das Rückschwingen des Pendelmechanismus ein. Im Gegensatz zu einem frei schwingenden Pendel wird dieses Pendel also zusätzlich beschleunigt und weist unten entsprechend höhere Geschwindigkeit bzw. kinetische Energie auf.
In dieser auslaufenden Abschwung-Phase wird die Geschwindigkeit der Pendelmasse abgebaut. Die Masse zieht also über den Rotorhebel am Rotorgelenk, sodaß ein Drehmoment im Drehsinn des Bessler-Rads gegeben ist.
In der Aufschwung-Phase von der 6-Uhr- bis zur 3-Uhr-Position wird die Geschwindigkeit der Masse weiter reduziert. Das Pendel wird dabei mit der zuvor aufgenommenen Energie die Masse nach oben schieben, über den Rotorhebel und Rotorgelenk das Bessler-Rad antreiben. Damit wird (vorige) Fliehkraft (zeitlich versetzt) in Drehmoment umgewandelt.
Ab der 3-Uhr-Position kommt nun aber die Masse in eine Stellung über dem Schwenkgelenk, d.h. die Masse lastet nun auf dem Schwenkhebel und drückt bis zur 12-Uhr-Position das Schwenkgelenk nach unten. Das Pendel wird also von seinem äußeren Totpunkt in eine Stellung unten-mittig beschleunigt, nicht nur durch das eigene Pendelgewicht sondern auch durch die wirksame Masse des Rotorhebels.
Die hiermit in den Pendelmechanismus eingespeiste Energie steht anschließend zur Verfügung für die wesentliche Beschleunigung der Masse in die Abwärts-Phase hinein. Wie oben beschrieben addiert sich diese Beschleunigungskraft zur Gravitationskraft, bis etwa bei der 9-Uhr-Position die Masse wieder maximale kinetische Energie aufweist.
In dieser einfachen Animation sind das äußere Rotorgelenk (grüner Kreis) und der Rotorhebel (rote Linie) dargestellt. Beim mittigen Gelenk ist die wirksame Masse hervorgehoben (grüne Kreisfläche). Der Schwenkhebel (blaue Linie) ist verbunden mit dem Schwenkgelenk (blauer Kreis). Dessen Schwenkbewegung (und analog dazu entsprechendes Schwingen des externen Pendelmechanismus) ist durch die Radien (schwarze Linien) um die Systemachse angezeigt.
Der Bewegungsablauf mit den höchst unterschiedlichen Geschwindigkeiten der wirksamen Masse sowie die Wirkung zwischen Gelenken, Hebeln und Masse sind hier deutlich zu erkennen. Die einzelnen Positionen dieser Elemente sind in EVBER 13 nochmals dargestellt.
Bereiche des Pendelschwingens
Aus den Abbildungen des Pendelmechanismus des Bessler-Rads wurde in vorigem Kapitel abgeleitet, daß vermutlich ein Schwingen des dortigen Pendelrads von maximal 90 Grad gegeben war. Die dortige Lösung mit Rotorrädern ergab, daß im laufenden Betrieb vermutlich nur wesentlich geringere Pendelausschläge erforderlich sind.
Hier nun bei dieser Lösung mit einem Hebelmechanismus ist von wesentlicher Bedeutung, daß die Masse beim Ende der Aufschwungphase auf dem Schwenkrad (analog zu obigem Pendelrad) lastet. Dies bedeutet, daß der Schwenkhebel dort möglichst früh bzw. lang in eine Position unterhalb der wirksamen Masse kommen sollte. Darum ist in diesem Bild hier das Schwingen des Schwenkrads um etwa 110 Grad (gegenüber den obigen maximal 90 Grad) dargestellt. Der optimale Bereich des Schwingens ist aber auch von den Längenverhältnissen und der Lage des Masseschwerpunktes abhängig.
In Bild EVBER 17 sind zum Beispiel die Längenverhältnisse nach dem Goldenen Schnitt angelegt. Die Bahn der wirksamen Masse entspricht weitgehend den Anforderungen. Der Bereich des Schwenkens umfaßt hier nur etwa 78 Grad.
Allerdings zeigt diese Bahn oben eine abrupte Beschleunigung nach links. Dies ergibt sich, weil hier in der lotrechten Stellung der Rotorhebel und Schwenkhebel vollkommen gestreckt sind (womit auch dieses Bessler-Hebel-Rad in beide Richtungen drehbar wäre). Diese Lösung ist offensichtlich nicht gut, mit nur geringfügig längeren Hebeln (bzw. etwas weiter innen angelegtem Rotorgelenk) würde ein stets nach vorn gebeugtes ´Knie´ gebildet und die Bahn oben verliefe sehr viel harmonischer.
Über die hier dargestellten Hebelverhältnisse hinaus gibt es viele andere Möglichkeiten. Je nach Gewicht und Lage der wirksamen Masse muß dabei der Bereich der Pendelschwingung wie der Pendelgewichte jeweils abgestimmt sein. Möglicherweise wird auch hier das Optimum durch ein asymmetrisches Schwingen des Pendelmechanismus gegeben sein.
Bessler-Hebel-Konstruktion
In Bild EVBER 14 ist beispielsweise eine Konstruktion schematisch aufgezeigt, oben in der Seitenansicht, darunter in einem Längsschnitt. Auf die Darstellung eines Gehäuses und die Lagerung der Wellen wurde allerdings verzichtet.
Drehbar um die Systemachse (SA) muß das Bessler-Rad (BR) installiert sein. Es ist an sich kein komplettes Rad erforderlich, darum ist hier nur ein Balken als Rotorträger gezeichnet. Außen in diesem Rotorträger ist das Rotorgelenk (RG) angebracht. Damit die Massen gut gelagert sind, ist hier der Rotorträger zweifach ausgeführt. Durch einen Bolzen sind beide verbunden, wobei dieser Bolzen das Rotorgelenk darstellt. Mit diesem Gelenk ist der Rotorhebel (RH) beweglich verbunden. Auch dieser Rotorhebel ist hier zweifach und symmetrisch angelegt.
Um die Systemachse drehbar ist ebenfalls das Schwenkrad (SR), welches zusammen mit dem Schwenkgelenk (SG) praktisch eine Kurbelwelle darstellt. In diesem Schwenkgelenk ist beweglich der Schwenkhebel (SH) gelagert. Der Schwenkhebel und der Rotorhebel sind miteinander beweglich verbunden durch das mittige Gelenk (MG).
Diese beiden Hebel sind hier beispielsweise so gestaltet, daß sie im Bereich des mittigen Gelenks den Schwerpunkt ihre Masse haben. Das mittige Gelenk ist sehr massiv ausgeführt, stellt somit im wesentlichen die wirksame Masse dar.
Unten im Längsschnitt ist das Bessler-Rad in einem Bereich als Hohlwelle mit einem relativ kleinen Radius dargestellt, sodaß dort eine Lagerung im Gehäuse möglich wäre. Darunter ist ein An-/Abtriebszahnrad (AZ) skizziert, über welches das Anfahren des Systems erfolgen könnte wie auch die nutzbare Energie abzunehmen wäre. Ganz unten ist dann das obige Schwenkrad (bzw. diese Kurbelwelle) nochmals als Kurbel eingezeichnet, mit welcher per Pleuelstange (PS) die Verbindung zur externen Pendelmechanik entsprechend vorigem Kapitel herzustellen wäre.
Spiegelbildlich zu diesem Modul könnte darüber (dahinter) ein zweites Modul entsprechend versetzt installiert sein, wobei die Mittelwand (bzw. mittlere Balken) des Bessler-Rads die feste Verbindung ergibt. Analog müßte ein zweiter externer Pendelmechanismus gegenläufig installiert werden. Bei zwei wirksamen Hebelsystemen befindet sich eines stets in der Aufwärts- und das andere in der Abwärtsbewegung, sodaß insgesamt ein gleichförmigeres Drehmoment gegeben ist. Wenn das Bessler-Rad relativ stabil ausgeführt wird, ergibt sich aufgrund dieser Schwungmasse ein ruhiger Lauf.
Bessler-Prinzipien
Nach obigen Überlegungen und den dargestellten Konstruktionsprinzipien kann wohl unterstellt werden, daß im Bessler-Rad nicht unbedingt die Rotor-Räder des vorigen Kapitels eingesetzt waren. Bessler wird vielmehr mit größerer Wahrscheinlichkeit die Grundkonzeption des ´Kniegelenks´ des externen Pendelmechanismus in analoger Weise nochmals innerhalb des eigentlichen Rads verwendet haben.
Bei den von Bessler eingesetzten Druchmessern von zwei bis fast vier Metern wäre der Bau entsprechend großer Zahnräder ziemlich aufwendig, dieses interne Hebelsystem dagegen sehr viel einfacher zu bauen. Ich vermute allerdings, daß die Räder-Konzeption den größeren Wirkungsgrad ergeben würde. Andererseits bildet auch dieses Hebelsystem die Bessler-Prinzipien exakt ab: