Im vorigen Kapitel Schwing-Kreis-Motor (SKM) wurde eine Konstruktion erarbeitet, welche das Aufschaukeln einer Überschlag-Schaukel nachbildet. Erforderlich waren dort zwei Achsen (System- und Exzenterachse) und zwei ´Räder´, die sich ineinander drehen. Daraus ergab sich eine technisch aufwendige Konstruktion.
In diesem Kapitel nun soll untersucht werden, wie der Effekt des Aufschaukelns eines mechanischen Schwingkreises auf einfachere Weise zu erreichen ist. Es dürfte dazu nur eine Drehachse erforderlich sein, aber dennoch müßte die ungleichförmige ´Pendelbewegung´ der Masse erreicht werden wie auch die Phasenverschiebung durch Zwischenspeicherung von Kräften.
Pendel mit radialer Federung
Im früheren Kapitel Mechanische Schwingkreise hat Harald Chmela das Beispiel eines Pendels mit radial wirkender Federung aufgeführt, wie hier schematisch in Bild EV SKM 31 oben nochmals dargestellt.
Um die Systemachse (SA) kann ein Pendel, hier Rotorträger (RT) genannt, frei schwingen. Auf dem Rotorträger kann die wirksame Masse (MP) ein- und auswärts gleiten. Die radiale Bewegung wird begrenzt bzw. gesteuert durch ein Federelement (FE).
Potentielle Energie der Lage wird in kinetische Energie umgewandelt in der Abwärtsbewegung, umgekehrt wird die Bewegungsenergie wieder in Lageenergie zurück geführt in der Aufwärtsbewegung. Zudem wird hier Energie in die Feder eingespeichert, die nachfolgend wieder abgegeben wird.
Es ergibt sich eine U-förmige Bahn der Masse. Die Masse erreicht höchste Geschwindigkeit beim untersten Bahnpunkt (A) und drückt dort die Feder maximal nach unten. Beim nachfolgenden Entspannen der Feder sind aufgrund der Symmetrie analoge Kräfteverhältnisse gegeben, der mechanische Schwingkreis ist stabil (Reibungsfreiheit unterstellt).
Der Effekt des Aufschaukelns kann sich erst ergeben, wenn diese Symmetrie gebrochen wird. Dies könnte erreicht werden, wie z.B. in diesem Bild EV SKM 31 unten schematisch dargestellt.
Asymmetrische Bahn
Die Spannung der Feder in der unteren Position müßte eine kurze Zeit lang gespeichert werden, indem durch irgend einen Mechanismus die Entspannung der Feder erst etwas später (B) frei gegeben wird. Der gespeicherten Energie steht dann nurmehr eine geringere Kraft (der Resultierenden aus Gewichts- und Fliehkraft) entgegen, welche zunehmend nach oben weist.
Die Federkraft kann dadurch die Masse leichter bzw. schneller nach innen zurück drücken (C). Es resultiert größere Winkelgeschwindigkeit und die Masse wird auf größere Höhe (D) als die Starthöhe gebracht. Dieser mechanische Schwingkreis wird somit aufgeschaukelt ohne Zuführung von Energie.
Progressive Federung
Es wird damit eine asymmetrische Bahn erreicht. Technisch nutzbar wäre diese Pendelschwingung bzw. der Effekt des Aufschaukelns aber erst, wenn an einer konstant drehenden Welle ein Drehmoment gegeben ist. Bild EV SKM 32 zeigt darum wieder die rund drehende ´Überschlag-Schaukel´ (Drehung gegen den Uhrzeigersinn unterstellt). Schematisch eingezeichnet sind dabei mehrstufige Federelemente, durch welche obige Verzögerung der Entspannung erreicht werden soll.
Um die Systemachse (SA) dreht gleichförmig der Rotorträger (RT), welcher hier z.B. durch zwölf Speichen dargestellt wird. Auf diesen Rotorträgern können die wirksamen Massen (MP) ein- und auswärts gleiten. Innen wie außen sind Federelemente (FE) installiert, welche in radialer Richtung arbeiten. Die Federn sind doppelt angelegt (eine lange in einer kurzen Feder), der jeweilige Federweg ist durch gestrichelte Kreise markiert.
Bei der 12-Uhr-Position ist die Geschwindigkeit gering, so daß praktisch allein durch Gewichtskraft die inneren beiden Federn zusammen gedrückt sind. Bei 11 Uhr läßt die Resultierende (aus Gewichts- und Fliehkraft) eine geringe Entspannung zu, bei etwa 10 Uhr ist die innere-kurze Feder schon entspannt. Bis 9 Uhr trägt die innere-lange Feder die Masse weiter hinaus auf größeren Hebelarm.
Die Masse fällt dort nahezu senkrecht nach unten. Die Fallkurve wird allerdings bis etwa 7 Uhr durch die äußere-lange Feder nach rechts gedrückt. Bei 6 Uhr taucht diese äußere-lange Feder in die äußere-kurze Feder ein, so daß die resultierende Kraft nun beide Federn weiter belastet.
Erst bei 5 Uhr ist ein Anschlag erreicht bzw. weist die Resultierende solch geringen Betrag auf (und weist zunehmend aufwärts), daß die Masse wieder nach innen geschleudert wird. Bei 4 Uhr könnte die äußere-kurze Feder, bei 3 Uhr die äußere-lange Feder wieder entspannt sein.
Über 2- und 1-Uhr-Position drückt wieder zunehmend die Gewichtskraft zunächst die innere-lange, dann beide inneren Federn zusammen. Insgesamt ergibt sich der aus vorigen Kapiteln schon bekannte Bahnverlauf.
Optimierung
Mit diesem Prinzip radial wirkender Federn wird aufgezeigt, daß ein Aufschaukeln eines mechanischen Schwingkreises auch an einem konstant drehenden Rad möglich ist. Das Prinzip ist hier nur schematisch dargestellt, die skizzierte Bahn z.B. ist noch keinesfalls die optimale. Die Eigenschaften der Federn, die Federwege und Radien müssen natürlich optimiert werden, so daß sich der gewünschte Bahnverlauf ergibt (analog zum frei schwingenden Pendel mit Phasenverschiebung). Trotz gleicher Winkelgeschwindigkeit der Rotorträger muß die Masse in den verschiedenen Sektoren unterschiedliche Geschwindigkeit aufweisen können. Die Elastizität wie die Längen der inneren und äußeren Federn müssen sehr unterschiedlich sein (im Gegensatz zur Skizze hier).
Per Simulationsprogramm muß Grad für Grad nach bekannten Formeln ermittelt werden, wann welche Feder zweckmäßigerweise welche Kraft aufnimmt oder abgibt. Natürlich können anstatt der hier skizzierten Federn elastische Elemente unterschiedlicher Art eingesetzt werden. Es ist sogar denkbar, daß die Masse überhaupt nicht an einem Rotorträger geführt wird, sondern in einem Netz mehrerer Federn gehalten wird.
Das wesentliche Kriterium ist dabei, daß ein zweites Federelement erst ab etwa der 6-Uhr-Position zur Wirkung kommt und durch dessen Reaktion die erforderliche zeitliche Verzögerung der Phasenverschiebung erreicht werden kann. Wenn dies bei obiger, einfachen Konzeption noch nicht machbar sein sollte, so ist wiederum eine zweite Achse erforderlich, basierend auf den folgenden grundsätzlichen Überlegungen.
Schräge U-Bahn
In Bild EV SKM 34 oben (A) ist nochmals obige U-förmige Bahn dargestellt. Diese ist gegeben, wenn eine Masse (MP) auf einem Rotorträger (RT) gleiten kann, um die Systemachse (SA) frei schwingen kann und dabei durch ein radial wirkendes Federelement (FE) geführt wird. Das Federelement ist nur einmal eingezeichnet, der Rotorträger und die Masse in verschiedenen Positionen, die grüne Kurve zeigt den Bahnverlauf.
Eine Phasenverschiebung wäre gegeben, wenn diese U-Bahn seitlich geneigt würde, wie in diesem Bild mittig (B) dargestellt. Allerdings wird diese Bahn durch die Schwerkraft links mehr nach unten gedrückt sein und ebenso oben rechts. Es ergibt sich also gegenüber der symmetrischen U-Form eine ungleichförmige Bahn wie z.B. im Bild unten (C) dargestellt.
Idealer Looping
Um eine technisch nutzbare Lösung zu erhalten, sollte anstelle des Hin- und Herschwingens eines Pendels eine ´Überschlag-Schaukel´ eingesetzt werden. In Bild EV SKM 35 ist die vorige Bahn darum oben herum wieder ergänzt durch einen nahezu kreisförmigen Bahnabschnitt.
Insgesamt ergibt sich damit eine Ei-förmige Bahn, deren Längsachse seitlich geneigt ist. Die Bahn ist aber nicht symmetrisch zu dieser Längsachse, weil die Schwerkraft diese diagonale Bahn insgesamt nach unten verformt.
Im vorigen Bild wurden die Positionen eingezeichnet, welche die Masse einnimmt nach jeweils gleichen Winkelabschnitten. Hier nun sind die Positionen eingezeichnet, die sich nach jeweils gleichen Zeitabschnitten ergeben würden. Die Distanz zwischen jeweils zwei Massepunkten zeigt also die Geschwindigkeit der Masse in diesem Abschnitt an.
Oben herum bewegt sich die Masse sehr langsam, beschleunigt dann zunehmend in die Fallkurve hinein. Die maximale Geschwindigkeit wird aber erst nach der 6-Uhr-Position erreicht. Danach erfolgt das Schleudern einwärts-aufwärts zurück nach oben.
Dieser Bewegungsablauf wurde von den Remote-Viewern beschrieben, er erfüllt das Erfordernis der Phasenverschiebung, zwischengespeicherte Energie könnte das gewünschte Drehmoment erbringen. Eine Bahn ähnlich dieser hier wird die ideale sein für das Aufschaukeln eines mechanischen Schwingkreises.
Gekrümmte Speichen
In den Remote Viewing Sitzungen wurde vermerkt, daß einige Teile des Bessler-Rads zuvor ´im Wasser´ waren - um gekrümmte Speichen zu formen? Denn obiger idealer Bewegungsablauf erfordert ein Rad mit gekrümmten Speichen, wie schematisch in Bild EV SKM 36 dargestellt.
Um die Systemachse (SA) ist ein Rad drehbar. Dessen wesentliche Bestandteile sind Speichen, welche außen (im Drehsinn) nach vorn gebogen sind. Auf diesen Rotorträgern (RT) kann die wirksame Masse (MP) ein- und auswärts gleiten. Die Bewegung wird gesteuert durch ein Federelement (FE), welches einerseits an der Masse und andererseits um eine Exzenterachse (EA) verankert ist.
Das Federelement und die Masse sind nur einmal eingezeichnet, die Speiche in verschiedenen Positionen bei gleichförmiger Drehung. Die Bahn der Masse ist durch die grüne Kurve markiert, welche der Idealbahn aus vorigem Bild entspricht.
Wirkung der Kräfte
Die normale Länge des Federelements ist als gestrichelter Kreis um die Exzenterachse markiert. In oberen Positionen wird die Feder durch Gewichtskraft etwas eingedrückt, in unteren Positionen wird die Feder durch Gewichts- und Fliehkraft auf Zug belastet.
Indem die Exzenterachse seitlich versetzt zur Systemachse angeordnet ist, zieht die zunehmende Federspannung nach rechts, wirkt in der Abschwungphase also beschleunigend. Die im Drehsinn nach vorn gekrümmte Speiche erlaubt der Masse, sich auf dieser eindrehenden Spiralbahn zu bewegen.
In der 6-Uhr-Position ist der Federweg noch nicht der längst mögliche. Erst bei etwa 5 Uhr (nahe der Linie von System- zur Exzenterachse) erreicht die Masse die größte Distanz zur Systemachse, um anschließend durch die Federkraft wieder nach innen oben gezogen zu werden (wie in vorigen Kapiteln mehrfach beschrieben).
Harmonischer Bewegungsablauf
In dieser Animation ist beispielsweise ein Rad mit sechs Speichen bzw. Massen dargestellt. Gegenüber den Versionen früherer Kapitel mit geraden Speichen zeigt sich hier deutlich ein sehr viel weicherer Bewegungablauf.
Natürlich wird es auch bei dieser Konzeption entscheidend auf die exakte Abstimmung aller Relationen ankommen. Wiederum müßten per Simulationsprogramm die optimale Krümmung der Speichen, die innerste und äußerste Position der Masse darauf, die Position der Exzenterachse in Relation zur Systemachse sowie die Eigenschaften der Federelemente ermittelt werden.
Aber schon diese Animation läßt vermuten, daß mit dieser Konzeption den Erfordernissen des Aufschaukelns mechanischer Schwingkreise entsprochen wird, daß also ein selbstdrehender und Drehmoment liefernder Motor nach diesen Prinzipien machbar ist.
Skizze zum Bau
In Bild EV SKM 38 ist schematisch und ausschnittsweise eine prinzipielle Möglichkeit der Realisierung skizziert, oben in einem Querschnitt, unten in einem Längsschnitt. Die Linie zwischen System- und Exzenterachse ist horizontal gezeichnet, das Bild zeigt also einen diagonalen Schnitt durch vorige Bilder.
Generell müssen Maschinen zur Nutzung von Gravitation relativ groß gebaut werden, Bessler´s Rad hatte z.B. 360 cm Durchmesser (bei einer Breite von nur ca. 35 cm). In Relation zu den anderen Bauteilen dieser Skizze werden darum die Speichen sehr viel länger zu bauen sein.
Um die Systemachse (SA) drehbar ist ein Rotor (RO), der mittig aus einer Scheibe bestehen kann, dann die gekrümmten Rotorträger (RT) aufweist, welche außen wieder durch einen Ring verbunden sein können. Dieses Rad ist mittels einer Welle im Gehäuse (GE) gelagert.
Auf den Rotorträgern müssen die wirksamen Massen (M) nach innen bzw. außen gleiten können. Hier sind zwei Massen dargestellt, links in der innersten und rechts in der äußersten Position. An der wirksamen Masse muß das jeweilige Federelement (FE) verankert sein, welches hier als Spiralfeder skizziert ist. Die Funktion dieser Feder kann selbstverständlich auch technisch anders bzw. zweckmäßiger erfüllt werden.
Das Federelement muß andererseits an der Exzenterachse (EA) verankert sein, allerdings dort frei drehbar. Um die Exzenterachse ist dazu ein rundes Teil des Gehäuses als Lager auszubilden, welches die Systemachse einschließt. Um dieses Lager ist frei drehbar ein Ring (FR) zu installieren, an welchem die jeweiligen Federelemente verankert sind.
Die Federelemente durchlaufen je Zeiteinheit unterschiedliche Winkel, wie aus obigem Bild EV SKM 35 zu ersehen ist. Die Differenzen sind jedoch gering oder bei optimaler Krümmung der Speichen nicht gegeben. Die Drehung des Federrings wird in jedem Fall bestimmt durch die Position der Federn bei maximaler Spannung. Ein gleichförmigeres Drehen des Rings könnte auch erreicht werden, indem je Masse zwei Federelemente eingesetzt werden, wie im Bild EV SKM 38 oben rechts skizziert.
Wirkungsprinzip
Diese Konzeption ergibt eine ständig und eigenständig drehende Maschine, ist insofern und wortwörtlich ein Perpetuum Mobile, das zudem frei nutzbare Energie zur Verfügung stellt. Dieser Motor verbraucht keine der sonst eingesetzten Energien, die Herkunft des ´Energie-Überschusses´ aber ist wohl bekannt: frei verfügbare Gravitationskraft in Kombination mit der ebenfalls kostenlos produzierbaren Fliehkraft.
Es wird kein Energie-Erhaltungssatz noch Impuls-Erhaltungssatz verletzt. Nutzbar wird diese Energie allein durch organisatorische Maßnahmen: das Zwischenspeichern überschüssiger, im Drehsinn unproduktiver Kräfte und deren Einbringen ins System zeitversetzt und mit Wirkung im Drehsinn des Systems.
Anders als beim normalen Pendel oder normalen Rad fällt hier die Masse viel steiler herab in einer Spiralbahn, welche sich unten einrollt zur Kreisbahn. Dort tritt eine Belastungsspitze auf, welche in Federelementen zwischengespeichert wird.
Die maximale Spannung der Federung darf erst nach der 6-Uhr-Position auftreten. Das wird beim Beispiel ganz oben mit den geraden Speichen durch eine zweistufige Federung erreicht, beim Beispiel mit den gekrümmten Speichen durch die seitliche Anordnung der Exzenterachse.
Eine Zeitlang wird die Masse dann wie beim normalen Pendel bzw. Rad auf einer Kreisbahn wieder etwas nach oben geführt. Durch diese zeitliche Verzögerung der Entspannung der elastischen Elemente kann nun die Federkraft gegen eine geringere, mehr aufwärts gerichtete Kraft der Masse wirksam werden. Die eingespeicherte Energie kann damit an der Masse größere Arbeit verrichten, diese schneller und höher wieder hinauf werfen. Diese Mehr-Arbeit (im Vergleich zum normalen Pendel bzw. Rad) steht als Drehmoment frei zur Verfügung.
Quelle und Hilfsmittel
Es ist also bekannt, welche Energien hier genutzt werden: die der Gravitation und der Trägheit. Zudem wird eine weitere Energie benutzt: die Kräfte des molekularen Zusammenhalts in festen Körpern. Beim normalen Pendel (oder der Speiche eines normalen Rads) werden die zur Umlenkung der Masse auf die Kreisbahn auftretenden bzw. erforderlichen Kräfte durch Spannung im festen Material aufgefangen bzw. aufgebracht.
Die Funktion der Umlenkung wird hier durch Federn erfüllt, womit aber die Spannung in flexibles Material eingebracht wird. Der molekulare Zusammenhalt des elastischen Materials wird dabei ebenso ´gestresst´ wie im festen Material. Wenn wieder geringere Gegenkräfte anliegen, bleibt das feste Material weiterhin in gleicher Form, das elastische Material aber kann nun Arbeit leisten bei seiner Rückkehr zur normalen Struktur. Die Kräfte molekularen Zusammenhalts in elastischen Materialien sind keine Energiequelle, wohl aber wesentliches Hilfsmittel bei der Organisation zweckmäßiger Abläufe.
Kalkulation
Natürlich darf bei der Berechnung optimaler Abläufe nicht einfach die bekannte Formel der Fleihkraft auf Kreisbahnen verwendet werden. Auf spiraligen Bahnen gibt es keine konstante ´Fliehkraft´ in konstant radiale Richtung. Konstant ist lediglich die Gravitationskraft. Die Trägheit (und ihr entspricht nach Richtung und Betrag die jeweilige kinetische Energie) ist höchst unterschiedlich. Die Resultierende aus der vektoriellen Addition beiden Kräften zeigt an, mit welcher Intensität die Masse wohin nächstens sich bewegen will.
Gegen diese Resultierende wirkt aus unterschiedlichen Winkeln die Zugkraft der Feder bzw. wird Druckkraft auf die Feder ausgeübt. Zum anderen wird durch die Drehbewegung der Speiche Zug oder Druck auf die Masse ausgeübt bzw. ergibt sich daraus z.B. die optimale Stellung und Krümmung der Speiche (mit Rückwirkung auf die Feder-Kräfte). Letztlich ergibt sich hieraus als neue Resultierende nach Richtung und Betrag die neue kinetische Energie der Masse. Anstelle pauschaler Formeln muß hier also in kleinen Schritten vorwärts kalkuliert bzw. simuliert werden.
Es muß darum z.B. nicht zwangsläufig bei der 6-Uhr-Position die größte ´Fliehkraft´ gegeben sein, es treten vielmehr höchst unterschiedliche ´Umlenkungskräfte´ auf. Es lassen sich damit leicht asymmetrische Bahnen erzeugen mit zwangsläufig ungleichförmigen Kräften. Bei optimaler Organisation und Auslegung sind zwingend anfallende, ´überschüssige´ Kraftkomponenten in nutzbares Drehmoment umzuwandeln.
Diese Überlegungen zur detailierten Berechnung der Kräfte gelten bei den Konzeption der voriger, dieses wie der folgenden Kapitel. Nur bei ausschließlich kreisförmigen Bewegungen ergibt sich zwangsläufig ein Null-Ergebnis nach pauschaler Fliehkraftformel, bei allen komplexeren Bewegungen ergibt sich zwangsläufig ein Ergebnis ungleich Null. Nur mit großem Aufwand lassen sich z.B. die Auswirkungen von Unwucht bei Verbrennungsmotoren neutralisieren. Wenn diese Kräfte systematisch intensiviert werden, kann selbstverständlich ´positive Außenwirkung´ erreicht werden.
Wann wer wie zuerst
Dieses Prinzip kann in vielen Varianten realisiert werden. Es ist eine Herausforderung für alle Kenner theoretischer Mechanik, diese Maschine zu optimieren. Dieses Prinzip sollte Konstrukteure wie Bastler reizen, die einfachste oder zweckmäßigste Version zu bauen. Ich bin gespannt, wer als erster die von mir behaupteten Effekte bestätigt: Ob zuerst ein Bastler ein laufendes System meldet oder zuvor Studenten bzw. Fachleute der theoretischen Mechanik ein beweiskräftiges Rechenergebnis vorlegen können.
Evert / 29.08.2001
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